真空絕熱板（Vacuum Insulated Panel ,VIP）是一種超絕熱的保溫材料，厚度薄，一般在17 mm左右，其導(dǎo)熱系數(shù)極低，可以達(dá)到0.004 W/（m·K）左右，而一般的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.03W/（m·K）左右。VIP 的應(yīng)用范圍比較廣泛，目前已經(jīng)應(yīng)用到冰箱、冷庫(kù)、冷藏集裝箱和醫(yī)用保溫箱等領(lǐng)域。真空絕熱板的性能及使用壽命的長(zhǎng)短，很大程度上取決于VIP 內(nèi)部真空度的高低。因此本文對(duì)影響VIP 內(nèi)部真空度的因素：氣體的滲透和內(nèi)部芯材放氣，做了理論分析研究，為VIP 的制作提供依據(jù)。

1、板內(nèi)真空度高低的影響

　　VIP的芯層多為粉末或者纖維狀，在導(dǎo)熱過(guò)程中，氣體的導(dǎo)熱起了很大的作用，如果芯層被抽成真空的話，就可以顯著降低VIP 芯材的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)于提高真空絕熱板的性能和延長(zhǎng)其使用壽命越有利。圖1 為幾種典型芯材真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)與板內(nèi)氣體壓力的關(guān)系。

1. 玻璃纖維　2. 聚氨酯發(fā)泡體　3. 聚苯乙烯發(fā)泡體　4. 沉淀法SiO₂ 　5.納米孔硅質(zhì)材料

圖1 幾種典型芯材真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)與板內(nèi)氣體壓力的關(guān)系

　　從圖1 可以看出，氣體壓力從大氣壓降到103 Pa 時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)保持為常數(shù)，即該壓力范圍內(nèi)的導(dǎo)熱系數(shù)與絕熱層中氣體壓力無(wú)關(guān)；當(dāng)壓力進(jìn)一步降低，即壓力為1~10³ Pa 之間時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)隨著壓力的下降也呈下降變化趨勢(shì)；在壓力低于1 Pa 時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)趨于常數(shù)，這時(shí)氣體導(dǎo)熱所占比重很小。

2、影響真空絕熱板真空度的因素

2.1、氣體的滲透

2.1.1、氣體滲透的方式

　�、� VIP 芯材在抽真空密封制作時(shí), 會(huì)有少量空氣進(jìn)入, 這些氣體包括氮?dú)狻⒀鯕�、二氧化碳和水蒸汽等�?/p>

　�、� 對(duì)于成品芯材, 會(huì)有少量空氣通過(guò)邊緣粘結(jié)處滲入；

　�、� 在使用過(guò)程中, 也會(huì)有少量氣體透過(guò)表面薄膜進(jìn)入VIP 中；

　�、� 由于VIP 內(nèi)部是真空環(huán)境, 在使用過(guò)程中, 溶解在內(nèi)部芯材中的氣體和水蒸汽會(huì)產(chǎn)生真空放氣現(xiàn)象。

2.1.2、氣體滲透的影響

　　芯層絕熱材料為多孔結(jié)構(gòu),容易吸收水分。另外,芯層材料在使用的過(guò)程中, 也會(huì)因老化分解而釋放一部分水分和氣體。水的導(dǎo)熱系數(shù)為空氣的25 倍, 研究表明: 當(dāng)含濕率大于5%～10%,絕熱材料吸濕后水分占據(jù)了多空介質(zhì)的氣孔空間,引起其導(dǎo)熱系數(shù)的急劇升高。導(dǎo)熱系數(shù)為0.03 W/m·K 的絕熱材料, 吸取1%的水分后導(dǎo)熱系數(shù)增加25%,以后按倍數(shù)增加。如果絕熱材料有開(kāi)口連通氣孔, 水分會(huì)在毛細(xì)管作用下滲透到其他部位,危害更大。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，越來(lái)越多的氣體滲透進(jìn)入到真空絕熱板，板內(nèi)的真空壓力會(huì)在一定程度上升高，從而降低VIP 的真空度，以至增大導(dǎo)熱系數(shù)，嚴(yán)重影響絕熱效果。圖2，3 分別為隨著水蒸汽和氧氣不斷滲透壓力的變化情況。

圖2 不同氧氣滲透速率與真空板內(nèi)壓力隨時(shí)間的變化情況

1.開(kāi)孔發(fā)泡塑料　2.納米孔芯材　3.沉淀法SiO₂

圖3 三種真空板內(nèi)的壓力與水蒸汽滲透的變化情況

2.2、內(nèi)部芯材放氣的來(lái)源及影響

　　由于泡沫芯材實(shí)際開(kāi)孔率為95%左右，還存在少量閉孔。在真空環(huán)境中，閉孔泡沫中的氣體和泡沫壁中溶解的極少量發(fā)泡劑以及胺催化劑等揮發(fā)成分會(huì)緩慢逸出，發(fā)生真空放氣現(xiàn)象；另外在箱體發(fā)泡過(guò)程中，箱體的預(yù)熱（約50℃）使芯材表面溫度升高，加快上述氣體的逸出，釋放出的氣體導(dǎo)致真空度下降，降低了絕熱性能。芯材放氣與壓力的關(guān)系如圖4 可知：在20 年中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氣體緩慢逸出，并逐漸增多，致使芯材內(nèi)部壓力的上升，因而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)增大，VIP 的隔熱性能惡化。

圖4 20 年中的氣體逸出量與內(nèi)部壓力變化的關(guān)系

3、提高真空絕熱板真空度的途徑

　　真空度的高低是衡量真空絕熱板性能及使用壽命長(zhǎng)短的重要指標(biāo)，為保證板內(nèi)較高的真空度，提高VIP 的隔熱性能，可以從以減少氣體滲透和芯材放氣方面著手。

3.1、減少氣體的滲透

3.1.1、表面薄膜的選取

　　早期的表面隔膜采用金屬膜, 雖然這種膜有著很強(qiáng)的抵抗氣體滲透能力, 但金屬增加了板的傳熱性, 熱量會(huì)順著含有金屬的邊緣進(jìn)行滲透, 這樣導(dǎo)致熱量損失比較嚴(yán)重, 它與現(xiàn)在廣泛使用的表面隔膜相比, 熱量損失增加了49%。因此為了使隔膜既能提供較強(qiáng)的抗氣滲透能力, 又能最大程度上減小熱量的傳遞,現(xiàn)在大多采用了金屬與塑料的復(fù)合膜, 以鍍鋁薄膜用得最多，它能夠有效地抑制氣體和水蒸汽的滲透速率， 使其保持在每天1 g/m² 以下。表1 為在典型使用條件下一些新型表面隔膜材料與傳統(tǒng)表面隔膜材料在抗氣體滲透性能方面的對(duì)比。