以理論模型計算和實驗樣品測試相對比的方法，研究了兩種不同芯材真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)與板內(nèi)真空度之間的關(guān)系，利用逆真空法對真空絕熱板板內(nèi)壓力進(jìn)行了測試。探討了真空絕熱板制作工藝參數(shù)，保持板內(nèi)真空度及延長使用壽命的方法。

　　真空絕熱板(Vacuum Insulation Panel 簡稱VIP) 是近年來發(fā)展起來的一種新型高效絕熱材料。它是由填充芯材（Core Material）、氣體阻隔膜（Gas Barrier）和吸氣劑（Getter）組成的。通過提高板內(nèi)真空度來降低空氣引起的熱傳遞，使其導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到0.002~0.004 W/km，為傳統(tǒng)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的1/10，厚度僅為傳統(tǒng)保溫材料的1/7~1/10，從而達(dá)到保溫節(jié)能、節(jié)省空間的目的。已廣泛應(yīng)于冰箱、醫(yī)用保溫箱、冷藏集裝箱等對保溫要求較高的領(lǐng)域以及新型節(jié)能建筑的外墻保溫。

　　本文分別利用氣相二氧化硅和玻璃纖維作為芯材，在相同工藝條件下，制作出不同真空度的VIP 樣品。通過對導(dǎo)熱系數(shù)和板內(nèi)壓力的測試，結(jié)合芯材的孔結(jié)構(gòu)，研究了導(dǎo)熱系數(shù)隨板內(nèi)壓力的變化關(guān)系，并從絕熱機理進(jìn)行了理論分析。

1、實驗

1.1、試驗樣品制作

　　本實驗以氣相二氧化硅和玻璃纖維為芯材原材料分別制作了7 塊VIP。氣相二氧化硅中加入適量的有機纖維，通過機械攪拌，混合均勻壓制成型。玻璃纖維通過造紙工藝制得纖維氈，纖維氈疊加到一起制得玻璃纖維芯材。兩種芯材的性能參數(shù)如表1。

表1 芯材主要性能參數(shù)

　　VIP 樣品制備過程：(1) 將芯材在200℃烘干2 h，快速取出芯材，用無紡布包裹氣相二氧化硅芯材，以避免二氧化硅粉塵污染真空室及真空泵設(shè)備，同時也對芯材起到保護(hù)作用；(2)將兩種芯材分別裝入鋁塑復(fù)合的高阻隔薄膜袋中；(3)將14 塊樣板在真空室壓力依次為5×10^{- 3} Pa、5×10^{- 2} Pa、0.5 Pa、5 Pa、50 Pa、500 Pa、5000 Pa 時進(jìn)行封口，制得不同壓力下的VIP 樣板。

1.2、試驗樣品檢測設(shè)備及原理

　　導(dǎo)熱系數(shù)采用熱流計法，利用日本EKO 公司hc- 074- 304 型導(dǎo)熱儀測試，測試條件：冷板溫度5℃，熱板溫度35℃；測試環(huán)境：溫度25℃，相對濕度RH<40%。板內(nèi)壓力檢測采用自行設(shè)計的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用逆真空法[3]，根據(jù)力平衡原理，當(dāng)真空室的壓力低于VIP 板內(nèi)壓力時，阻隔膜膨脹變形，通過激光測距儀測量變形量來檢測板內(nèi)壓力，原理圖如圖1。

圖1 逆真空法測試板內(nèi)壓力檢測系統(tǒng)

　　玻璃纖維芯材和氣相二氧化硅芯材VIP 板導(dǎo)熱系數(shù)隨板內(nèi)壓力變化趨勢基本上是一致的。不同的是玻璃纖維芯材在壓力大于5 Pa 時，導(dǎo)熱系數(shù)開始上升，而氣相二氧化硅芯材導(dǎo)熱系數(shù)在500 Pa 以上時才開始上升。這主要是由于孔結(jié)構(gòu)尺寸造成的，對于玻璃纖維芯材，壓力在5 Pa時空氣分子自由程約為1.3 mm， 遠(yuǎn)大于孔徑20 μm，而對于氣相二氧化硅芯材，由于壓力在500 Pa 時空氣分子自由程約為13 μm 遠(yuǎn)大于孔徑50 nm，此時氣體的傳熱均已完全被阻止。因此在制作VIP 時，對玻璃纖維芯材，在板內(nèi)壓力低于1 Pa 時就可封口，氣相二氧化硅芯材，在板內(nèi)壓力低于100 Pa 時就可封口，因為過分的降低板內(nèi)壓力影響制作效率，而對導(dǎo)熱系數(shù)貢獻(xiàn)不大。

　　真空保護(hù)層在相同漏率的情況下，玻璃纖維VIP 使用壽命要遠(yuǎn)低于氣相二氧化硅芯材VIP，玻璃纖維芯材VIP 在不到500 Pa 板內(nèi)壓力時已經(jīng)失效，而氣相二氧化硅芯材到5000 Pa 時才失效。因此，一般在玻璃纖維芯材VIP 中加入吸氣劑或干燥劑。而且這種VIP 主要用于使用壽命在十年以內(nèi)的領(lǐng)域，例如，冰箱、保溫箱等，而氣相二氧化硅可以用于建筑外墻保溫，因為它的使用壽命可以達(dá)到30 年以上。

　　另外，理論模型導(dǎo)熱系數(shù)的計算值與測試值產(chǎn)生偏差的原因(尤其在板內(nèi)壓力較高時)，首先，本模型本身就是一個簡化模型，只對各傳熱因素采取了簡單的代數(shù)和；其次，計算模型中沒有考慮VIP 中水蒸氣對導(dǎo)熱系數(shù)的影響，水蒸氣在VIP 中從熱板到冷板可能會產(chǎn)生相變，形成熱管，這樣就會對導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生很大的影響。本模型能夠定性反映出導(dǎo)熱系數(shù)與板內(nèi)壓力的關(guān)系，但是要確定出這種函數(shù)關(guān)系，還需要對計算模型進(jìn)行完善。

4、結(jié)論

　　（1）VIP 板內(nèi)真空度較低時，真空度對導(dǎo)熱系數(shù)影響不大，隨著真空度的提高，導(dǎo)熱系數(shù)急速下降，當(dāng)真空度大于某一值后，導(dǎo)熱系數(shù)趨于恒定，產(chǎn)生“S”型曲線。

　�。�2） 玻璃纖維芯材VIP 的初始導(dǎo)熱系數(shù)低于氣相二氧化硅芯材VIP 的初始導(dǎo)熱系數(shù)。

　�。�3） 氣相二氧化硅芯材VIP 在制作過程中，真空室真空度可以比玻璃纖維芯材低兩個數(shù)量級。

　�。�4） 玻璃纖維芯材VIP 比較適合對絕熱性能要求較高，使用壽命10 年左右的領(lǐng)域，而氣相二氧化硅可以用于使用壽命長達(dá)30 年以上的領(lǐng)域。