保溫材料--真空絕熱板介紹

真空絕熱板 --- 一種創新性的復合保溫材料

1.真空絕熱板介紹

根據前幾節所述的保溫材料的特點，保溫材料由內部的氣相傳導、固相傳導、熱對流、熱放射線組成，熱對流由於保溫材料的阻隔作用，基本不存在。而氣相傳導占整個熱傳導的50-70%以上，因此降低氣相熱傳導是降低導熱系數的重要路徑。

真空絕熱板（Vacuum Insulation Panel，VIP）是近年來迅速發展起來的新一代高效能保溫材料，真空絕熱板導熱系數可低至傳統保溫材料的1/10以下，薄薄一片真空絕熱板即可抵得上10厘米傳統保溫材料的保溫效果。隨著真空絕熱板的技術日趨成熟和成本逐漸降低，真空絕熱板從最初套用於軍工、航天航空等高端領域，逐步擴充套件到商用和民用領域，展現了優異的節能減排效果。

真空絕熱板不僅對於提高能源利用效率、提高空間利用率、落實節能減排目標具有重要推動作用，而且對於解決食品保鮮和低溫醫療問題，將科技發展成果體現到改善民生，從而提高人民生活品質也具有重大意義。

真空絕熱板

真空絕熱板的套用領域

真空絕熱板因其良好的隔熱效能已被廣泛地套用各行業的保溫領域中，用量較高的領域集中在冰箱，冷櫃行業中，滲透率達到10%左右，除此之外，在保溫箱、貨櫃、車載運輸、建築等都有一定的滲透套用，特別是疫情以來，對低溫疫苗以及低溫運輸需求的增長，使真空絕熱板的需求得到進一步的釋放。

根據中國絕熱節能材料協會披露的資訊， 2019年中國VIP企業數量20余家，年產能5000萬平方米，實際銷量約4000萬平方米，產值約40億元，受益於綠色節能建築相關政策，與2018年相比快速增長，增長率達到60%。其中冷鏈銷售相對穩定，增長振幅較小，約15億元，80%用於出口，年增長率50%。2018年以來VIP利潤率有了大振幅提升，2019年新增VIP企業5家，產能預計1000萬平方米。初步形成了原材料/芯材/膜材/復合產業鏈穩定的生產和銷售企業，專業化細分格局逐步形成。

2020以來受疫情影響及國外供應鏈中斷影響，海外對制冷器具（冰箱、冷櫃以及疫苗相關的低溫裝置）的大振幅需求，導致對真空絕熱板的需求大振幅提升，並維持到2021年全年，根據上市公司賽特新材的年報，2019、2020、2021年，真空絕熱板銷售額維持30%的增長，並在2021年達到7.1億，銷售面積達到700萬平方。

1.2 真空絕熱板的結構

真空絕熱板結構及形態

真空絕熱板主要由芯材、阻隔膜和吸氣劑三部份經過減壓抽空得到。其采用真空絕熱原理，抽除板內瓦斯使其保持一定真空度，有效地消除了內部瓦斯對流傳熱，從而將導熱系數降低到3.5 mw/mk以下，是目前絕熱效能最佳的保溫材料。而且其產品形態除了平板狀外，還可以制備多種異型結構件。

真空絕熱板與其他絕熱材料導熱對比如下，真空絕熱板展現出優秀的保溫隔熱效果；

真空絕熱板與其他保溫材料效能對比

真空絕熱板與傳統的聚氨酯硬泡相比，其效能優異，約為聚氨酯的1/6左右，保溫效果好，但是其成本較高，無強度，而且易於破損。

表1 真空絕熱板與聚氨酯硬泡物性對比

1.2.1 芯材

芯材是真空絕熱板的主要組成部份之一，其一般選擇多孔介質材料，經特殊工藝加工而成，常見芯材主要有顆粒芯材、泡沫芯材、纖維芯材和復合芯材4大類。芯材的功能主要有三方面，一是結構支撐作用，防止其在內部真空條件下真空絕熱板收縮、塌癟；二是防止熱放射線發生；三是減少熱傳導的發生，由於其本身為多孔性物質，接觸面積小，因而可有效減少因熱傳導而發生的傳熱。

不同芯材的VIP導熱系數對比如下：歐洲以氣矽為主，其他地區（包括國內）以玻璃纖維為主：

不同芯材的VIP板導熱系數對比

1.2.2 阻隔膜

阻隔膜由基膜和多層特殊膜復合而成，一般應包括保護層、阻水汽層、阻氣層、防放射線層、熱封層等，其功能是包覆隔絕和防止滲透兩大作用，一方面將芯材包裹起來以隔絕外界空氣使其內部保持真空度，另一方面其本身為致密性材料，可有效防止氮、氧及水汽等透過阻隔膜滲入真空絕熱板內部。此外阻隔膜的效能還包括降低熱傳導與熱放射線的影響，高效能阻隔膜可以透過材料的改良將固態熱傳導和高溫熱放射線降到最低。

阻隔膜一般使用多層復合材料，常見的覆膜材料有雙面鋁膜，單面蒸鍍鋁（陰陽膜），雙面蒸鍍鋁（無鋁膜）三種，因雙面鋁膜嚴重的’熱橋效應’，目前以單面蒸鍍鋁和雙面蒸鍍鋁為主。

典型的阻隔膜結構

熱橋效應示意圖

1.2.3 吸氣劑

吸氣劑由具有吸附瓦斯作用的金屬顆粒等按照合理配方制成，放置吸氣劑是為了吸附由於外部滲透或內部材料放氣所產生的瓦斯，保證真空絕熱板內更好的真空度，維持真空絕熱板的絕熱效能，延長其使用壽命。

目前關於商業化套用的吸氣劑主要幹燥劑如CaO、MgCl2等，以及其他瓦斯包括氮氣、氧氣、氫氣等吸氣劑如鋇鋰合金系堿土金屬基吸氣劑, 也包括PdO系、活性炭系等吸氣劑。

1.3 真空絕熱板工藝流程

真空絕熱板是利用真空絕熱原理生產的新一代環保絕熱材料，其中真空絕熱技術屬於集真空學、材料科學、傳熱學、表面科學等多項科技前沿學科為一體的技術密集型領域，真空絕熱板的效能除了與材料本身效能相關以外，同時也與其制造工藝息息相關。

真空絕熱板的生產工藝流程包括芯材制備、阻隔膜間的復合及制袋、真空封裝、檢測包裝四階段組成，其中芯材當為玻璃纖維（包括玻璃棉）時其處理工藝包括濕法和幹法兩種工藝方法，具體制備工藝流程如下：

真空絕熱板的工藝流程

1、芯材制備

常用的芯材為玻璃纖維芯材，芯材的處理工藝包括幹法和濕法兩種，具體的兩種工藝對比見表2，濕法工藝是較為成熟的工藝，生產效率高，但是老化導熱系數較差、能耗高，幹法還處於改善階段，目前也已經批次生產，其成本相對低，老化導熱系數好，效能更優，幹法未來有望替代濕法成為芯材處理的主流工藝。

玻璃纖維處理工藝對比圖

2、阻隔膜復合及制袋

阻隔膜由多層高分子膜及金屬薄膜復合而成，具體工藝為將原膜塗膠、烘幹後，與另一種原膜進行卷對卷復合後收卷，再將復合好的膜繼續前述操作，反復多次，直至復合出預定層數的阻隔膜，將阻隔膜放置在熟化室進行規定時間的烘烤、熟化，再經分切機分切、熱封制袋、制成三邊封口的阻隔袋。

3、吸附劑制備或外購

吸附劑包括兩種，一種是對水汽吸收的幹燥劑，主要成分由氧化鈣、氯化鎂組成；另一種是對氮氣、氫氣、氧氣進行吸收的吸氣劑，主要為一些稀有金屬或者金屬氧化物。

4、真空封裝

真空度是決定真空絕熱板效能的關鍵工藝參數，封裝過程中抽取真空時間的控制、真空裝置的效能都對真空絕熱板的最終效能產生重大影響。

5、檢測、包裝

真空絕熱板在完成折邊等工序處理並經放置規定時間後，進行產品效能檢測，經檢測合格後按照要求包裝裝箱後入倉庫。