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真空絕熱板專利技術(shù)的發(fā)展路徑

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國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心（450000）

在對(duì)真空絕熱板進(jìn)行調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，對(duì)真空絕熱板的發(fā)展路線進(jìn)行了梳理和總結(jié)，對(duì)該領(lǐng)域主要申請(qǐng)人的技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了分析，最后對(duì)國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了介紹。

VIP；真空；保溫；絕熱；隔熱；對(duì)流；熱傳遞

1　真空絕熱板的基本概念

真空絕熱板（VIP）英文名稱為Vacuum Insulation Panel，是一種真空保溫材料，將隔熱性能良好的芯材如玻璃纖維、氣相二氧化硅、聚氨酯和聚苯乙烯等材料與真空保護(hù)表層復(fù)合而成。它有效地避免空氣對(duì)流引起的熱傳遞，可使導(dǎo)熱系數(shù)大幅度降低，并且不含有任何ODS（Ozone Depleting Substances）材料，是目前世界上最先進(jìn)的高效保溫材料。真空絕熱板主要由三部分組成：芯材、阻氣層和吸氣劑。芯材可以采用聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃纖維和氣凝膠等材料，內(nèi)置氣體吸附劑和干燥劑，在抽真空狀態(tài)下雙面采用氣體隔絕材料密封成板材。阻氣層的功能主要是包覆隔絕和防止?jié)B透兩大作用，目前多選用多層聚酯基薄膜作為VIP阻氣層材料。吸氣劑主要是為了保證板內(nèi)的真空度，吸附由于滲透或材料放氣所產(chǎn)生的多余氣體，滲入板內(nèi)的水氣分子則由干燥劑吸附掉［1］。

2　真空絕熱板的技術(shù)發(fā)展路線

真空絕熱保溫一般情況下采用以下三種方案：

1）高真空的雙層壁。

2）高真空的型腔。型腔內(nèi)有一定數(shù)量的中間拋光薄片作為發(fā)射屏，發(fā)射屏能很好地反射光線，以防止熱量輻射傳遞。

3）有粉狀的物質(zhì)或者輕質(zhì)纖維的型腔（型腔內(nèi)被抽成中等程度真空Pa-Pa）。這類粉末物質(zhì)纖維在真空和低溫下有低熱導(dǎo)性。在真空隔熱保溫殼體內(nèi)填充輕質(zhì)粉末材料代替反射屏，不僅效果較好，而且制造簡(jiǎn)單，成本低廉。

從1882年英國(guó)科學(xué)家James Dewar發(fā)明了杜瓦瓶以來，真空絕熱技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)，對(duì)于傳熱機(jī)理的深層次研究也已深入到分子水平，因而VIP技術(shù)的發(fā)展在前人研究成果的基礎(chǔ)上也取得了很大的進(jìn)步。

1977年P(guān)aul A.Logan等申請(qǐng)了可用于墻面、天花板或地板的絕熱隔聲板專利，包括由相對(duì)較硬、低導(dǎo)熱耐火材料預(yù)制的多個(gè)聯(lián)鎖真空腔元件，熱反射、抗潮濕涂層覆蓋在聯(lián)鎖真空腔元件的內(nèi)外表面。1989年WHIRIPOOL CO公司申請(qǐng)了一種用于制冷設(shè)備的真空絕熱系統(tǒng)，芯層采用聚氨酯材料。在20世紀(jì)90年代初，Degussa在Hanau生產(chǎn)了使用沉淀二氧化硅作為填充芯材的真空絕熱板用于冰箱隔熱。與此同時(shí)，Ovens Corning開始研制纖維填充的、以薄板鋼殼為外封材料的真空絕熱板，薄板鋼殼的厚度僅為75 μm。在MBB，不僅100 μm厚度薄板鋼殼外封材料、硅藻土填充芯材的VIP得到發(fā)展，而且用于區(qū)域性供熱的真空絕熱管的試驗(yàn)方法也得以展開研究。在20世紀(jì)90年代，Dow Chemical 和ICI發(fā)展了以開孔聚苯乙烯和聚氨酯泡沫為芯材的VIP，外封材料采用高隔阻層。1995年OWENS CORNING FIBERGLASS TECH公司申請(qǐng)了一種VIP，芯材由涂在玻璃纖維表面的碳化瀝青組成。1997年國(guó)際海洋工程公司申請(qǐng)了一種含有吸氣劑材料的VIP，并且可以與相鄰具有互補(bǔ)幾何形狀的板材相互堆加。1998年三菱公司申請(qǐng)了一種真空絕熱貼片，芯材由多孔體構(gòu)成。多孔體由包含硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的發(fā)泡體粉碎品和板狀填充物構(gòu)成，或者由硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的發(fā)泡體粉碎品和熱塑性樹脂的粉碎品構(gòu)成。2010年福建賽特新材股份有限公司申請(qǐng)了一種VIP，這種VIP包括高阻隔包裝袋和隔熱芯材，隔熱芯材內(nèi)設(shè)有吸附劑，板面上開孔，孔內(nèi)安裝具有高阻隔性能管狀型材的開孔結(jié)構(gòu)件，解決VIP開孔后強(qiáng)度差、褶皺和易破損問題。2012年青島科瑞新型環(huán)保材料有限公司申請(qǐng)了一種用于真空絕熱板的高阻隔復(fù)合膜，在原有高阻隔復(fù)合膜外側(cè)復(fù)合一層玻璃纖維布，有效解決怕劃傷、怕穿刺、與水泥黏結(jié)不牢以及不抗老化的問題。2013年王明堂申請(qǐng)了一種輕質(zhì)建筑用真空保溫板，芯層采用草木灰、二氧化硅與玻璃短纖維組成，具有質(zhì)量輕、環(huán)保、價(jià)廉、防火以及保溫等優(yōu)點(diǎn)。

總之，VIP板在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了雛形，在20世紀(jì)80年代對(duì)VIP芯材、阻氣層進(jìn)行改進(jìn)，在20世紀(jì)90年代中期對(duì)吸氣劑進(jìn)行了改進(jìn)。進(jìn)入21世紀(jì)，更多的公司開始對(duì)VIP的生產(chǎn)工藝、芯材、阻氣層以及吸氣劑材料進(jìn)行更大的改進(jìn)。

3　真空絕熱板主要申請(qǐng)人的技術(shù)路線

通過對(duì)真空絕熱板專利進(jìn)行調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)，在此領(lǐng)域的主要申請(qǐng)人主要有以下幾個(gè)：樂金華奧斯、Wolff Walsrode、歐文斯康寧、KINGSPAN、BASF、惠而浦以及三菱。下面以歐文斯康寧為例，對(duì)其在真空絕熱板方面的技術(shù)發(fā)展路線作一梳理：

1992年，歐文斯康寧申請(qǐng)了一種高絕熱板，包括由壓縮的玻璃纖維與氣密外罩，該產(chǎn)品成本低，高保溫，壽命長(zhǎng)，可用于工業(yè)設(shè)備、運(yùn)輸車輛和電冰箱等。

1995年，為了提高隔熱性能，歐文斯康寧申請(qǐng)了一種用于電冰箱壁或者低溫容器的真空板，其中外罩由頂部與平底鍋形的底部焊接，使其密封更好。同年歐文斯康寧申請(qǐng)了一種隔絕高溫 （600～1 100℃）的隔熱板，隔熱板芯層玻璃纖維具有炭化瀝青涂層。

1996年，歐文斯康寧申請(qǐng)了采用真空絕熱板的絕熱板模板及其制造方法。這種真空絕熱板可在兩相鄰板的間隔處切斷形成所需要長(zhǎng)度的模板，使絕熱板能夠成為所需尺寸的建筑板材。

1997年，為了增強(qiáng)VIP板的應(yīng)用領(lǐng)域，歐文斯康寧申請(qǐng)了一種新的VIP，該VIP板的至少一邊具有增強(qiáng)的框結(jié)構(gòu)，該框結(jié)構(gòu)可以由聚合物組成保護(hù)VIP板的外罩。

2012年，歐文斯康寧申請(qǐng)了墻體保溫板系列，提供具有可變數(shù)量或者形狀的VIP板的成套板。設(shè)計(jì)人員可更容易地算出或預(yù)測(cè)出所需墻體保溫板的數(shù)量、類型以及針對(duì)每個(gè)墻體的位置［2］。

4　真空絕熱板國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

目前國(guó)內(nèi)VIP技術(shù)的研究也得到一定發(fā)展，上海交通大學(xué)已成功研制出一種新型吸氣材料，上海夏普電器有限公司利用進(jìn)口設(shè)備和原材料試產(chǎn)了部分開孔硬質(zhì)聚氨酯泡沫板材，廈門高特高新材料有限公司則生產(chǎn)以聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃纖維和氣凝膠等為芯材的VIP產(chǎn)品，青島岡森塑料有限公司研發(fā)和生產(chǎn)的VIP多層高阻隔薄膜的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到世界先進(jìn)水平，揚(yáng)州大學(xué)等高校聯(lián)合在VIP產(chǎn)品研發(fā)上也做出了一定成果。國(guó)內(nèi)各個(gè)科研院所的參與推動(dòng)了VIP產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。盡管真空絕熱板具有優(yōu)異的絕熱性能，但是這種產(chǎn)品相對(duì)高的價(jià)格限制了其在傳統(tǒng)絕熱市場(chǎng)中的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)進(jìn)入規(guī)?；婵战^熱板的價(jià)格將進(jìn)一步降低，市場(chǎng)占有率將明顯提高。利用真空絕熱板優(yōu)異的保溫隔熱性，如果在我國(guó)北方寒冷地區(qū)的建筑保溫系統(tǒng)中應(yīng)用，將會(huì)顯示巨大的優(yōu)勢(shì)，可降低建筑墻體的厚度，提高房屋容積率，增加房地產(chǎn)利潤(rùn)和居住舒適度［3］。

［1］王光仁.VIP高效隔熱復(fù)合材料［A］.中國(guó)聚氨酯行業(yè)整體淘汰ODS國(guó)際論壇論文集［C］.2003.

［2］于曉，郭蘭英.新型VIP真空隔熱板在節(jié)能建筑中應(yīng)用［J］.低溫建筑技術(shù)，2006（6）：122-123、133.

［3］溫永剛，王先榮，楊建斌，陳光奇.真空絕熱板（VIP）技術(shù)及其發(fā)展［J］.低溫工程，2008（6）：35-39.