保温材料--真空绝热板介绍

真空绝热板 --- 一种创新性的复合保温材料

1.真空绝热板介绍

根据前几节所述的保温材料的特点，保温材料由内部的气相传导、固相传导、热对流、热辐射组成，热对流由于保温材料的阻隔作用，基本不存在。而气相传导占整个热传导的50-70%以上，因此降低气相热传导是降低导热系数的重要路径。

真空绝热板（Vacuum Insulation Panel，VIP）是近年来迅速发展起来的新一代高性能保温材料，真空绝热板导热系数可低至传统保温材料的1/10以下，薄薄一片真空绝热板即可抵得上10厘米传统保温材料的保温效果。随着真空绝热板的技术日趋成熟和成本逐渐降低，真空绝热板从最初应用于军工、航天航空等高端领域，逐步扩展到商用和民用领域，展现了优异的节能减排效果。

真空绝热板不仅对于提高能源利用效率、提高空间利用率、落实节能减排目标具有重要推动作用，而且对于解决食品保鲜和低温医疗问题，将科技发展成果体现到改善民生，从而提高人民生活品质也具有重大意义。

真空绝热板

真空绝热板的应用领域

真空绝热板因其良好的隔热性能已被广泛地应用各行业的保温领域中，用量较高的领域集中在冰箱，冷柜行业中，渗透率达到10%左右，除此之外，在保温箱、集装箱、车载运输、建筑等都有一定的渗透应用，特别是疫情以来，对低温疫苗以及低温运输需求的增长，使真空绝热板的需求得到进一步的释放。

根据中国绝热节能材料协会披露的信息， 2019年我国VIP企业数量20余家，年产能5000万平方米，实际销量约4000万平方米，产值约40亿元，受益于绿色节能建筑相关政策，与2018年相比快速增长，增长率达到60%。其中冷链销售相对稳定，增长幅度较小，约15亿元，80%用于出口，年增长率50%。2018年以来VIP利润率有了大幅度提升，2019年新增VIP企业5家，产能预计1000万平方米。初步形成了原材料/芯材/膜材/复合产业链稳定的生产和销售企业，专业化细分格局逐步形成。

2020以来受疫情影响及国外供应链中断影响，海外对制冷器具（冰箱、冷柜以及疫苗相关的低温设备）的大幅度需求，导致对真空绝热板的需求大幅度提升，并维持到2021年全年，根据上市公司赛特新材的年报，2019、2020、2021年，真空绝热板销售额維持30%的增長，并在2021年达到7.1亿，销售面积达到700万平方。

1.2 真空绝热板的结构

真空绝热板结构及形态

真空绝热板主要由芯材、阻隔膜和吸气剂三部分经过减压抽空得到。其采用真空绝热原理，抽除板内气体使其保持一定真空度，有效地消除了内部气体对流传热，从而将导热系数降低到3.5 mw/mk以下，是目前绝热性能最佳的保温材料。而且其产品形态除了平板状外，还可以制备多种异型结构件。

真空绝热板与其他绝热材料导热对比如下，真空绝热板展现出优秀的保温隔热效果；

真空绝热板与其他保温材料性能对比

真空绝热板与传统的聚氨酯硬泡相比，其性能优异，约为聚氨酯的1/6左右，保温效果好，但是其成本较高，无强度，而且易于破损。

表1 真空绝热板与聚氨酯硬泡物性对比

1.2.1 芯材

芯材是真空绝热板的主要组成部分之一，其一般选择多孔介质材料，经特殊工艺加工而成，常见芯材主要有颗粒芯材、泡沫芯材、纤维芯材和复合芯材4大类。芯材的功能主要有三方面，一是结构支撑作用，防止其在内部真空条件下真空绝热板收缩、塌瘪；二是防止热辐射发生；三是减少热传导的发生，由于其本身为多孔性物质，接触面积小，因而可有效减少因热传导而发生的传热。

不同芯材的VIP导热系数对比如下：欧洲以气硅为主，其他地区（包括国内）以玻璃纤维为主：

不同芯材的VIP板导热系数对比

1.2.2 阻隔膜

阻隔膜由基膜和多层特殊膜复合而成，一般应包括保护层、阻水汽层、阻气层、防辐射层、热封层等，其功能是包覆隔绝和防止渗透两大作用，一方面将芯材包裹起来以隔绝外界空气使其内部保持真空度，另一方面其本身为致密性材料，可有效防止氮、氧及水汽等通过阻隔膜渗入真空绝热板内部。此外阻隔膜的性能还包括降低热传导与热辐射的影响，高性能阻隔膜可以通过材料的改良将固态热传导和高温热辐射降到最低。

阻隔膜一般使用多层复合材料，常见的覆膜材料有双面铝膜，单面蒸镀铝（阴阳膜），双面蒸镀铝（无铝膜）三种，因双面铝膜严重的’热桥效应’，目前以单面蒸镀铝和双面蒸镀铝为主。

典型的阻隔膜结构

热桥效应示意图

1.2.3 吸气剂

吸气剂由具有吸附气体作用的金属颗粒等按照合理配方制成，放置吸气剂是为了吸附由于外部渗透或内部材料放气所产生的气体，保证真空绝热板内更好的真空度，维持真空绝热板的绝热性能，延长其使用寿命。

目前关于商业化应用的吸气剂主要干燥剂如CaO、MgCl2等，以及其他气体包括氮气、氧气、氢气等吸气剂如钡锂合金系碱土金属基吸气剂, 也包括PdO系、活性炭系等吸气剂。

1.3 真空绝热板工艺流程

真空绝热板是利用真空绝热原理生产的新一代环保绝热材料，其中真空绝热技术属于集真空学、材料科学、传热学、表面科学等多项科技前沿学科为一体的技术密集型领域，真空绝热板的性能除了与材料本身性能相关以外，同时也与其制造工艺息息相关。

真空绝热板的生产工艺流程包括芯材制备、阻隔膜间的复合及制袋、真空封装、检测包装四阶段组成，其中芯材当为玻璃纤维（包括玻璃棉）时其处理工艺包括湿法和干法两种工艺方法，具体制备工艺流程如下：

真空绝热板的工艺流程

1、芯材制备

常用的芯材为玻璃纤维芯材，芯材的处理工艺包括干法和湿法两种，具体的两种工艺对比见表2，湿法工艺是较为成熟的工艺，生产效率高，但是老化导热系数较差、能耗高，干法还处于改善阶段，目前也已经批量生产，其成本相对低，老化导热系数好，性能更优，干法未来有望替代湿法成为芯材处理的主流工艺。

玻璃纤维处理工艺对比图

2、阻隔膜复合及制袋

阻隔膜由多层高分子膜及金属薄膜复合而成，具体工艺为将原膜涂胶、烘干后，与另一种原膜进行卷对卷复合后收卷，再将复合好的膜继续前述操作，反复多次，直至复合出预定层数的阻隔膜，将阻隔膜放置在熟化室进行规定时间的烘烤、熟化，再经分切机分切、热封制袋、制成三边封口的阻隔袋。

3、吸附剂制备或外购

吸附剂包括两种，一种是对水汽吸收的干燥剂，主要成分由氧化钙、氯化镁组成；另一种是对氮气、氢气、氧气进行吸收的吸气剂，主要为一些稀有金属或者金属氧化物。

4、真空封装

真空度是决定真空绝热板性能的关键工艺参数，封装过程中抽取真空时间的控制、真空设备的性能都对真空绝热板的最终性能产生重大影响。

5、检测、包装

真空绝热板在完成折边等工序处理并经放置规定时间后，进行产品性能检测，经检测合格后按照要求包装装箱后入仓库。