CN102587516A - 一种建筑墙体用真空绝热板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑墙体用真空绝热板及其制备方法，该真空绝热板包括绝热芯材和多层结构的膜材。绝热芯材由硅质粉体材料与短切纤维复合，所述的硅质粉体材料由两种尺度纳米级二氧化硅复合而成。所述的两种尺度纳米级二氧化硅的比表面积介于10-400m2/g，所述的短切纤维长度小于10mm，直径小于20μm。通过将原料混合均匀后装入模具中压制成型，然后取出成型的芯材干燥至恒重后放入由膜材预先制备的袋子中，低压下进行热封得到真空绝热板。真空绝热板强度大、保温效果好、成本低，可应用于建筑墙体保温。

Description

一种建筑墙体用真空绝热板及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及一种用于建筑墙体保温的真空绝热板的制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对建筑的需求也越来越高。21世纪是能量消耗的非常大的发展时期，建筑行业的高能耗问题也日趋凸显。2010年，我国建筑使用的能耗约占全国社会终端总能耗的28％，预测20年后，我国建筑能耗占全国社会总能耗的比例将会上升到35％。建筑环境的能耗主要取决于使用于建筑的保温材料，GB50189-2005规定对于体形系数0.3＜体形系数≤0.4的屋面，其传热系数≤0.30，对于传统保温材料，如发泡混凝土(λ＝70mW/m·K)，其厚度要达到230mm以上。因此，开发一种导热系数更低的保温材料迫在眉头。
在真空条件下，任何材料都可能会产生特殊的性能。真空绝热板是一种利用真空环境降低气体传热的一种高效保温绝热材料，其导热系数低于11.5mW/m·K。2005年IEA/ECBCSAnnex 39对芯材为气相二氧化硅的真空绝热板进行了研究并尝试应用于建筑行业。然而其芯材价格的高昂限制了其应用于国内市场。中国专利200420053407.2发明了二氧化硅气凝胶和玻璃纤维复合为芯材制备的真空绝热板，但二氧化硅气凝胶的成本较高，不宜应用于建筑墙体。中国专利201120061002.3公开了金属薄膜和玻璃纤维芯板应用于建筑墙体的真空绝热板，但玻璃纤维对真空度要求过高，服役寿命还需要进一步研究。本专利提出使用导热系数较低的硅质粉体材料与纤维质材料复合，通过模具压制工艺制备成绝热芯材，然后将绝热芯材用多层结构的膜材包裹，低压下进行热封得到真空绝热板。真空封装后的板材强度大、保温效果好、成本低，可应用于建筑墙体保温。
发明内容
为了解决上述真空绝热板的局限性，本发明公开了一种建筑墙体用真空绝热板及其制备方法。
本发明的技术方案：一种建筑墙体用真空绝热板，包括绝热芯材和包裹绝热芯材的膜材，绝热芯材由硅质粉体材料与短切纤维复合，所述的硅质粉体材料由两种尺度纳米级二氧化硅复合而成。所述的两种尺度纳米级二氧化硅的比表面积介于10-400m2/g，所述的短切纤维长度小于10mm，直径小于20μm。
所述的两种尺度纳米级二氧化硅中的一种为气相二氧化硅，另一种为硅灰。
所述气相二氧化硅的比表面积为100-400m2/g，松散堆积密度为40-60kg/m3，粒径为7-40nm，所述的硅灰的比表面积为10-20m2/g，松散堆积密度200-300kg/m3，粒径为100-225nm。
所述的短切纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维或植物纤维中的任意一种或任意几种的混合。
所述包裹绝热芯材的膜材为多层聚合物膜、铝箔膜或聚合物与铝箔复合膜中的任意一种。
为施工方便，所述膜材最外层可以包覆一层玻璃纤维网格布。
制备所述真空绝热板的方法，将原料混合均匀后装入模具中压制成型，然后取出成型的芯材干燥至恒重后放入由膜材预先制备的袋子中，低压下进行热封得到真空绝热板。
压制成型过程中使用的荷载为0.1～1MPa。
压制成型过程中使用的荷载优选为0.3-0.5MPa。
有益效果：
1.所采用的气相二氧化硅和硅灰均是无机不燃材料。其中气相二氧化硅非真空状态下的导热系数为20mW/m·K，导热系数低，极限真空压力高，对真空度的要求不太高；硅灰粉体的松散堆积密度为200-300kg/m3，导热系数为40mW/m·K，导热系数低，成本低。
2.所选用的气相二氧化硅和硅灰均是纳米材料，其中的气相二氧化硅的比表面积为100-400m2/g，松散堆积容重为40-60kg/m3，粒径为7-40nm，该材料吸水性强，温度为23℃，湿度为50％，每千克材料可吸收水蒸气高达0.03kg；硅灰的比表面积为10-20m2/g，松散堆积密度为200-300kg/m3，粒径为100-225nm。两种纳米材料成型后制备成芯材的孔径与空气分子的平均自由程是一个量级，降低了气体的传热。
3.采用模压成型，绝热芯材的容重可以得到人工很好地控制。
4.采用纤维质材料掺加到硅质粉体材料中，可以有效的提高材料的强度，有利于芯材的成型。
5.所制备的芯材的抗压强度能够抵抗一个大气压的压力且成本低，制备工艺简单，节省人力，易于自动化生产。
具体实施方式
一种新型的用于建筑墙体保温的真空绝热板的制备工艺，制备步骤为：
第一步：将气相二氧化硅和硅灰粉体材料混合，然后通过一定的方法将两种粉体材料混合均匀。所述气相二氧化硅比表面积为100-400m2/g，松散堆积容重为40-60kg/m3，粒径为7-40nm，硅灰的比表面积为10-20m2/g，松散堆积密度为200-300kg/m3，粒径为100-225nm。
第二步：将第一步混合均匀的粉体材料掺加一定量的纤维质材料，通过一定的工艺将纤维质均匀的分布在粉体材料中。所述纤维为短切纤维，其长度小于10mm，直径小于20μm。所述纤维可以玻璃纤维、聚丙烯纤维、植物纤维中的一种或一种以上。
第三步：将第二步均匀混合粉体放置在预先制备的模具中，使用荷载进行模具压制成型，荷载大小为0.1-1MPa之间，优先的选择0.3-0.5MPa，制备出具有一定形状、能承受一个大气压力的板状结构。
第四步：将第三步制备的芯材进行干燥处理，温度为100-300℃，直至芯材质量不发生变化，干燥时间随着干燥温度而确定。
第五步：将第四步的绝热芯材置于由膜材制备的包覆一层玻璃纤维网格布多层结构的袋子中，低压下进行热封得到一种新型的可应用于建筑墙体保温的真空绝热板。
实施例1
将气相二氧化硅和硅灰粉体材料混合，然后通过一定的方法将两种粉体材料混合均匀。本实施例选用的气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，松散堆积容重为50kg/m3，硅灰的比表面积为15m2/g，松散堆积密度为248kg/m3，粒径为100-225nm。气相二氧化硅和硅灰的质量比为1∶1，将二者混合均匀，然后添加短切纤维质材料，本实施选用的纤维质材料为聚丙烯纤维，其长度为7-8mm，气相二氧化硅∶硅灰∶聚丙烯纤维＝10∶10∶1(质量比)。将掺加纤维的混合粉体搅拌均匀，然后将混合均匀的材料放入预先制备的模具中，进行加压成型。本实施例选用的模具为300mm×300mm×30mm，加压的最大荷载为0.4MPa，保压2mm。然后将制备的芯材放在温度105℃的环境中干燥2小时，测量芯材的密度为270kg/m3。将烘干的芯材置于预先制备的三边封口、一边可供芯材放入的包覆一层玻璃纤维网格布多层结构的铝塑复合袋子中，当真空室的真空度低于1Pa，进行内部减压密封，得到我们所需制备的真空绝热板。采用双板法测试真空绝热板的导热系数为8.6mW/m·K(热板设定温度为35℃，冷板设定温度为15℃)。
实施例2
将气相二氧化硅和硅灰粉体材料混合，然后通过一定的方法将两种粉体材料混合均匀。本实施例选用的气相二氧化硅的比表面积为380m2/g，松散堆积容重为40kg/m3，粒径为7-40nm，硅灰的比表面积为15m2/g，松散堆积密度为248kg/m3，粒径为100-225nm。气相二氧化硅和硅灰的质量比为1∶1.5，将二者混合均匀，然后添加短切纤维质材料，本实施选用的纤维质材料为玻璃纤维，其长度为7-8mm，气相二氧化硅∶硅灰∶玻璃纤维＝10∶15∶1(质量比)。采用实施例1方式，加压的最大荷载为0.5MPa，保压3mm。然后将制备的芯材放在温度105℃的环境中干燥2小时，测量芯材的密度为320kg/m3。将烘干的芯材置于预先制备的三边封口、一边可供芯材放入的包覆一层玻璃纤维网格布，由铝、PET和LLDPE复合而成的袋子中，当真空室的真空度低于0.1Pa，进行内部减压密封，得到我们所需制备的真空绝热板。采用双板法测试真空绝热板的导热系数为9.0mW/m·K(热板设定温度为35℃，冷板设定温度为15℃)。
实施例3
将气相二氧化硅和硅灰粉体材料混合，然后通过一定的方法将两种粉体材料混合均匀。本实施例选用的气相二氧化硅的比表面积为200m2/g，松散堆积容重为50kg/m3，硅灰的比表面积为15m2/g，松散堆积密度为248kg/m3，粒径为100-225nm。气相二氧化硅和硅灰的质量比为1∶2，将二者混合均匀，然后添加短切纤维质材料，本实施选用的纤维质材料为聚丙烯纤维和木质纤维素，气相二氧化硅∶硅灰∶木质纤维＝10∶20∶1(质量比)。采用实施例1方式，加压的最大荷载为0.55MPa，保压5min。然后将制备的芯材放在温度105℃的环境中干燥2小时，测量芯材的密度为340kg/m3。将烘干的芯材置于预先制备的三边封口、一边可供芯材放入的包覆一层玻璃纤维网格布多层结构的袋子中，当真空室的真空度低于0.07Pa，进行内部减压密封，得到我们所需制备的真空绝热板。采用双板法测试真空绝热板的导热系数为9.8mW/m·K(热板设定温度为35℃，冷板设定温度为15℃)。
上述具体实施不是对本发明保护范围的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型均为等同变化的等效实施例。对本发明的掺量比的变化及加压成型的荷载的变化，都是对本发明的复制。根据本发明的发明主旨，具体实施方式可做相应变化。

Claims (9)

1.一种建筑墙体用真空绝热板，包括绝热芯材和包裹绝热芯材的膜材，其特征在于，绝热芯材由硅质粉体材料与短切纤维复合，所述的硅质粉体材料由两种尺度纳米级二氧化硅复合而成，所述的两种尺度纳米级二氧化硅的比表面积介于10-400m2/g，所述的短切纤维长度小于10mm，直径小于20μm。
2.如权利要求1所述的建筑墙体用真空绝热板，其特征在于，所述的两种尺度纳米级二氧化硅中的一种为气相二氧化硅，另一种为硅灰。
3.如权利要求2的所述的建筑墙体用真空绝热板，其特征在于，所述的气相二氧化硅的比表面积为100-400m2/g，松散堆积密度为40-60kg/m3，粒径为7-40nm，所述的硅灰的比表面积为10-20m2/g，松散堆积密度200-300kg/m3，粒径为100-225nm。
4.如权利要求1所述的建筑墙体用真空绝热板，其特征在于，所述的短切纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维或植物纤维中的任意一种或任意几种的混合。
5.如权利要求1所述的建筑墙体用真空绝热板，其特征在于，所述包裹绝热芯材的膜材为多层聚合物膜、铝箔膜或聚合物与铝箔复合膜中的任意一种。
6.如权利要求1所述的建筑墙体用真空绝热板，其特征在于，所述的膜材最外层包覆一层玻璃纤维网格布。
7.制备权利要求1～6任一所述的建筑墙体用真空绝热板的方法，其特征在于，将原料混合均匀后装入模具中压制成型，然后取出成型的芯材干燥至恒重后放入由膜材预先制备的袋子中，低压下进行热封得到真空绝热板。
8.如权利要求7所述的制备建筑墙体用真空绝热板的方法，其特征在于，压制成型时所使用的荷载为0.1～1MPa。
9.如权利要求8所述的制备建筑墙体用真空绝热板的方法，其特征在于，压制成型时所使用的荷载为0.3-0.5MPa。
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