真空绝热板VIP技术及其发展
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
瓶以来，真空绝热技术的发展已经经历了一个多世 纪，对于传热机理的深层次研究也已深入到分子水 平，因而ＶＩＰ技术的发展在前人研究成果的基础上也 取得了很大的进步，包括芯材、阻气层及生产过程等 各个环节的控制与提高。
ＶＩＰ的概念首先是由美国ＮＡＳＡ在三十多年前 提出并进行设计的，其产品是以气相二氧化硅（ｆｕｍｅｄ ｓｉｌｉｃａ）做为芯材，将２英寸厚度的绝热板应用于标准 ６英寸厚的墙体上，以期达到Ｒ－７０的热阻值＂。。最 早的真空绝热板概念被转化为产品专利则是在１９７９ 年和１９８３年。２０世纪８０年代，Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉｅ和Ｃｉｅ （ＢＢＣ）在德国海德尔堡发明了矩形真空外壳，其内填 充以粉末和纤维席作为绝热材料，用于钠－硫高温电 池的绝热。在２０世纪９０年代初，Ｄｅｇｕｓｓａ在Ｈａｎａｕ 生产了使用沉淀二氧化硅作为填充芯材的真空绝热 板用于冰箱隔热，而以深长、高隔阻的塑料作为外封 材料。与此同时，Ｏｗｅｎｓ Ｃｏｍｉｎｇ开始研制纤维填充 的、以薄板钢壳为外封材料的真空绝热板，薄板钢壳 的厚度仅为７５ Ｉｘｍ。在ＭＢＢ，不仅１００斗ｍ厚度薄板 钢壳外封材料、硅藻土填充芯材的ＶＩＰ得到发展，而 且用于区域性供热的真空绝热管的试验方法也得以 展开研究。在２０世纪９０年代，Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ和ＩＣＩ 发展了以开孔聚苯乙烯和聚氨酯泡沫为芯材的ＶＩＰ， 外封材料采用高隔阻层。为了适合于汽车上的应用， 德国宝马汽车公司还采用高效绝热技术开发研制了 一种潜热存贮设备。对于芯材填充物，硅．气凝胶也 得到了广泛应用。
万方数据
第６期
真空绝热板（Ｖ１Ｐ）技术及其发展
３７
防止热辐射的发生，为进一步提高该性能，可添加红 外遮光剂如碳化硅（ＳｉＣ）等降低辐射传热的影响Ｈ１； 其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 散热。
（２）阻气层：阻气层的功能则主要是包覆隔绝和 防止渗透两大作用，一方面将芯材包覆起来以隔绝外 界空气使其内保持真空，另一方面则本身为致密性材 料，可有效防止氮、氧及水气等通过阻气层渗入ＶＩＰ 内部破坏真空度和降低其绝热性能。有的ＶＩＰ板阻 气层结构选用了金属化材料，虽然减少了气体渗透 率，但却因此而增加了热桥效应¨’，需要在整体权衡 的基础上选择合适的阻气层结构和材料。目前多选 用多层聚酯基薄膜作为ＶＩＰ阻气层材料旧。１。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｎｅｌ（ＶＩＰ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｏｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｎｄ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｔｓ ｌｉｆｅｓｐａｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＶＩＰ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｕｔｓｉｄｅ Ｃｈｉ－ ｎａ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｕｒｓｅ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ＶＩＰ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＶＩＰ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．
在解决上述两个核心技术的基础上，可进一步开 展ＶＩＰ抽空工艺、封装工艺等技术的研究，使ＶＩＰ板 在工程实际中实现批量化生产。
３影晌真空绝热板使用寿命的关键因素ｍ’。ｎ１
３．１渗透 渗透与材料放气是造成ＶＩＰ板内真空度上升的
直接原因，当然，这其中不包括因机械损伤所造成的 真空泄漏。渗透的因素主要由阻气层材料确定，与阻 气层特性有关，目前多采用多层金属复合薄膜作为阻 气层材料。事实上，除非阻气层采用金属板或很厚的 铝箔，否则很难真正阻止氮、氧和水气等的渗入。
（１）芯材：ＶＩＰ芯材绝热材料一般选择多孔介质 材料，如粉状二氧化硅、气凝胶、玻璃纤维或微孔聚氨 脂等材料。可以采用聚苯乙烯泡沫（ＰＳ）、聚氨酯泡 沫（ＰＵ）、玻璃纤维和气凝胶等为芯材，内置气体吸附 剂和干燥剂，在抽真空状态下双面采用气体隔绝材料 密封成板材。芯材的功能主要有：其一是结构支撑作 用，防止在内部真空条件下ＶＩＰ板收缩、塌瘪；其二是
导方式传递热量。因此ＶＩＰ芯材的选择必须最优化， 使得气体热传导、固体热传导都达到最小。
相比之下，辐射换热则可以不通过任何介质而发 生。当辐射能量作用于物体时，可以被反射、穿透或 吸收。如果能量被吸收于物体内，则物体温度会升 高。通常辐射能量会与空间内的物体发生热量交换， 因而可以通过在板内填充多孔芯材的方法增加辐射 障碍而减少辐射换热。通过采取一定措施尽量减弱 以上３种热量传递方式，可以实现ＶＩＰ板的优异绝热 性能。 ２．４ ＶＩＰ核心技术
收稿臼期：２００８－０９—１５；修订日期：２００８—１１－０１ 作者简介：温永刚，男，３０岁，博士、工程师。
万方数据
３６
低温工程
２００８年
用了比较先进的被称为ＮＡＮＯＧＥＬ删的金属镀膜纳米 材料聚合物作为真空保温层的隔热材料；日本的 Ｓｈａｒｐ冰箱则大量采用ＶＩＰ隔热，取得了良好的节能 效果。
Ｔａｂｌｅ １
ＶＩＰ的结构组成主要由３部分形成，即：芯材、阻 气层和吸气剂，图１所示为ＶＩＰ结构原理图，图２所 示为ＶＩＰ结构实物图。
阻气层
Ｆｉｇ．１
图１ ＶＩＰ结构原理图 Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＶＩＰ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｆｉｇ．２
图２ ＶＩＰ结构实物图 Ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＶＩＰ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
任何绝热原理及方法都是阻止热量从一个点传 到另外一个点，因而尽管形成所谓的“绝热空间”，但 是热量仍然可以通过以下３种传热方式中的任意一 种从热端传递到冷端，即：传导、对流与辐射。这个过 程是一个“熵增”的过程，任何方法都无法避免，只能 是尽量弱化与减小…。
对流在流体（包括气体与液体）发生运动时即会 产生，对流可以通过强迫流动发生，也可以通过分子 因浓度差和温度差而形成的自然流动发生，因而任何 一种绝热方式都必须有效地阻止对流现象的发生。 传统的绝热方式主要是通过介入流体运动而弱化对 流效应，真空绝热板则采取抽除板内气体使其保持一 定真空度的方法消除对流效应。
目前甲国国内ＶＩＰ技术的研究也得到一定发展， 上海交通大学已成功研制出一种新型吸气材料，上海 夏普电器有限公司利用进口设备和原材料试产了部 分开孔硬质聚氨酯泡沫（ＰＵ）板材，厦门高特高新材 料有限公司则生产以聚苯乙烯泡沫（ＰＳ）、聚氨酯泡 沫（ＰＵ）、玻璃纤维和气凝胶等为芯材的ＶＩＰ产品，青 岛冈森蝮料有限公司研发和生产的ＶＩＰ多层高阻隔 薄膜经相关部门检测其各项技术指标均达到世界先 进水平，另外扬州大学等高校联合在ＶＩＰ产品研发上 也做出了一定成果。国内各个科研院所的参与积极 推动了ＶＩＰ产业的向前发展。 ２．２ ＶＩＰ结构
顾名思义，真空绝热板是基于真空绝热原理而制 成的一种新型、高效绝热材料，英文名称为Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｎｅｌ（ＶＩＰ），是近年来开发和研究的一种 新型高效绝热材料，通过最大限度提高板内真空度并 充填以芯层绝热材料而实现隔绝热传导，从而达到保 温、节能等较为理想的绝热效果和目的。相比于传统
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖａｃｕｕｍ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ；Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｎｅｌ（ＶＩＰ）；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
１引言
在能源技术的发展中，２０世纪是绝热技术充分 发展的一个世纪…。在当前世界经济快速向前发展 的模式下，环境保护与节能环保是随之产生的两大主 题。研究开发出一种高效、环保的绝热材料是解决环 境污染和能源枯竭的迫切之需，真空绝热板技术由此 应运而生。
热量传导会在两个直接接触的分子之间发生并 传递。用于绝热板中的固体材料同样会发生热传导， 尽管其热流率很低。液体和气体分子也同样会通过 传导而发生热量传递。任何时候两个分子发生接触 或碰撞，都会发生热量交换。即使没有流体流动，分 子的运动仍然是时时刻刻都在发生。因此，尽管当空 气是静止的或没有对流发生，气体分子依然会通过传
阻气层材料的选择也必须综合考虑各方面的因 素。首先，阻气层材料要有高热阻；其次，阻气层材料 应具有隔绝水气和密封包装两大功能。以某种ＶＩＰ 专用高阻隔薄膜为例，是由多层高阻隔薄膜、金属箔 膜、纳米聚合薄膜，采用低粘度、高粘合力的粘合剂， 通过“干式复合”和高温高频热合形成的，总厚度大 于１２０ Ｉｘｍ。各层间的剥离力大于５ Ｎ，热合强度大于 ５０ Ｎ，具有高阻气性、高阻水性、耐穿刺性、易热封、防 护效果极佳的特性。
２００８年第６期 总第１６６期
低 温工 程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
Ｎｏ．６ ２００８ Ｓｕｍ Ｎｏ．１６６
真空绝热板（ＶＩＰ）技术及其发展
温永刚 王先荣 杨建斌 陈光奇
（兰州物理研究所真空低温技术与物理国防科技重点实验室 兰州 ７３００００）
摘 要：针对真空绝热板技术的结构设计、绝热机理、核心技术及影响真空绝热板寿命的关键因
通过ＶＩＰ结构介绍及其绝热机理分析，可知ＶＩＰ 核心技术为芯材和阻气层材料。
芯材的选择应满足多方面要求。除过前述的支 撑作用及本身具有低导热系数、能够有效降低板内辐 射换热的要求外，作为ＶＩＰ板芯材使用的材料来说， 还必须具备的特性是芯材材料必须为开孔结构，以便 于气体抽空，同时微孔的排列应该使材料中的结构接 触点尽量少，以减少固体热传导。目前欧洲国家建筑 行业用ＶＩＰ所选择的芯材大多为气相二氧化硅 （ｆｕｍｅｄ ｓｉｌｉｃａ），该材料满足上述所有特性要求旧１，然 而缺点是价格较贵，成本较高。
的聚氨酯泡沫或玻璃纤维等绝热材料，真空绝热板在 其生产和应用过程中，不使用ＯＤＳ物质，而且导热系 数可以达到０．００３ ｗ／（ｍ·Ｋ）一０．００４ ｗ／（ｍ·Ｋ）， 相当于普通绝热材料的１０倍甚至更高，而其厚度仅 为普通绝热材料的１／７［２ ３，因而具有环保和节能的双 重优点。
表１所示为ＶＩＰ产品主要性能参数。 从表１可以看出，真空绝热板（ＶＩＰ）不仅具有较 高的压缩强度，而且具有极低的导热系数，产品具有 超级绝热性能且轻质高强，是当前最新的绝热材料。 由于其性能卓越，目前在世界范围内广泛应用于军 工、船用冷藏器材、航天航空、交通运输、医用保温箱、 食品工业、民办用冷冻设备和各种保温箱的隔热保温 等各个领域。例如美国ＮＢＳ公司的超低温冰箱就采
（３）吸气剂：吸气剂的放置主要是为了保证板内 更好的真空度，吸附由于渗透或材料放气所产生的多 余气体，渗入板内的水气分子则由干燥剂吸附掉。对 于板内芯材为气相二氧化硅的真空绝热板，由于气相 二氧化硅的高比面积使得其本身即为一种性能优良 的吸气干燥剂，因而无须再放置吸气剂或干燥剂∞１。 目前吸气剂一般采用钡锂合金吸收板内的氮气、氧气 和二氧化碳，用氧化钴或活性炭吸收氢气。 ２．３ ＶＩＰ绝热机理
Ｖａｃｕｕｍ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｐａｎｅｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
Ｗｅｎ Ｙｏｎｇｇａｎｇ Ｗａｎｇ Ｘｉａｎｒｏｎｇ Ｙａｎｇ Ｊｉａｎｂｉｎ Ｃｈｅｎ Ｇｕａｎｇｑｉ （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ＆Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｃｈｉｎａ）
素等内容进行了详尽的分析与探讨，介绍了国外ＶＩＰ技术发展的前沿动向并结合国内真空绝热板技
Fra Baidu bibliotek
术的发展历程及当前发展水平进行了讨论，对国内ＶＩＰ技术未来发展方向提出了几点认识和建议。
关键词：真空 绝热 ＶＩＰ发展
中图分类号：ＴＢ７４２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—６５１６（２００８）０６－００３５－０５
表１ ＶＩＰ产品主要性能参数
Ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＶＩＰ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
整体密度／（ｋｇ／ｍ’） 导热系数／［Ｗ／（ｍ·Ｋ）］（２０℃）
使用环境／６Ｃ 压缩强度／ＭＰａ
Ｏ
省¨也 ∞ｍ巧Ｈ ０巧
２真空绝热板（ＶＩＰ）技术
２．１ ＶＩＰ发展历史及国内发展现状 从１８８２年英国科学家Ｊａｍｅｓ Ｄｅｗａｒ发明了杜瓦
ＶＩＰ的概念首先是由美国ＮＡＳＡ在三十多年前 提出并进行设计的，其产品是以气相二氧化硅（ｆｕｍｅｄ ｓｉｌｉｃａ）做为芯材，将２英寸厚度的绝热板应用于标准 ６英寸厚的墙体上，以期达到Ｒ－７０的热阻值＂。。最 早的真空绝热板概念被转化为产品专利则是在１９７９ 年和１９８３年。２０世纪８０年代，Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉｅ和Ｃｉｅ （ＢＢＣ）在德国海德尔堡发明了矩形真空外壳，其内填 充以粉末和纤维席作为绝热材料，用于钠－硫高温电 池的绝热。在２０世纪９０年代初，Ｄｅｇｕｓｓａ在Ｈａｎａｕ 生产了使用沉淀二氧化硅作为填充芯材的真空绝热 板用于冰箱隔热，而以深长、高隔阻的塑料作为外封 材料。与此同时，Ｏｗｅｎｓ Ｃｏｍｉｎｇ开始研制纤维填充 的、以薄板钢壳为外封材料的真空绝热板，薄板钢壳 的厚度仅为７５ Ｉｘｍ。在ＭＢＢ，不仅１００斗ｍ厚度薄板 钢壳外封材料、硅藻土填充芯材的ＶＩＰ得到发展，而 且用于区域性供热的真空绝热管的试验方法也得以 展开研究。在２０世纪９０年代，Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ和ＩＣＩ 发展了以开孔聚苯乙烯和聚氨酯泡沫为芯材的ＶＩＰ， 外封材料采用高隔阻层。为了适合于汽车上的应用， 德国宝马汽车公司还采用高效绝热技术开发研制了 一种潜热存贮设备。对于芯材填充物，硅．气凝胶也 得到了广泛应用。
万方数据
第６期
真空绝热板（Ｖ１Ｐ）技术及其发展
３７
防止热辐射的发生，为进一步提高该性能，可添加红 外遮光剂如碳化硅（ＳｉＣ）等降低辐射传热的影响Ｈ１； 其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 散热。
（２）阻气层：阻气层的功能则主要是包覆隔绝和 防止渗透两大作用，一方面将芯材包覆起来以隔绝外 界空气使其内保持真空，另一方面则本身为致密性材 料，可有效防止氮、氧及水气等通过阻气层渗入ＶＩＰ 内部破坏真空度和降低其绝热性能。有的ＶＩＰ板阻 气层结构选用了金属化材料，虽然减少了气体渗透 率，但却因此而增加了热桥效应¨’，需要在整体权衡 的基础上选择合适的阻气层结构和材料。目前多选 用多层聚酯基薄膜作为ＶＩＰ阻气层材料旧。１。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｎｅｌ（ＶＩＰ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｏｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｎｄ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｔｓ ｌｉｆｅｓｐａｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＶＩＰ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｕｔｓｉｄｅ Ｃｈｉ－ ｎａ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｕｒｓｅ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ＶＩＰ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＶＩＰ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．
在解决上述两个核心技术的基础上，可进一步开 展ＶＩＰ抽空工艺、封装工艺等技术的研究，使ＶＩＰ板 在工程实际中实现批量化生产。
３影晌真空绝热板使用寿命的关键因素ｍ’。ｎ１
３．１渗透 渗透与材料放气是造成ＶＩＰ板内真空度上升的
直接原因，当然，这其中不包括因机械损伤所造成的 真空泄漏。渗透的因素主要由阻气层材料确定，与阻 气层特性有关，目前多采用多层金属复合薄膜作为阻 气层材料。事实上，除非阻气层采用金属板或很厚的 铝箔，否则很难真正阻止氮、氧和水气等的渗入。
（１）芯材：ＶＩＰ芯材绝热材料一般选择多孔介质 材料，如粉状二氧化硅、气凝胶、玻璃纤维或微孔聚氨 脂等材料。可以采用聚苯乙烯泡沫（ＰＳ）、聚氨酯泡 沫（ＰＵ）、玻璃纤维和气凝胶等为芯材，内置气体吸附 剂和干燥剂，在抽真空状态下双面采用气体隔绝材料 密封成板材。芯材的功能主要有：其一是结构支撑作 用，防止在内部真空条件下ＶＩＰ板收缩、塌瘪；其二是
导方式传递热量。因此ＶＩＰ芯材的选择必须最优化， 使得气体热传导、固体热传导都达到最小。
相比之下，辐射换热则可以不通过任何介质而发 生。当辐射能量作用于物体时，可以被反射、穿透或 吸收。如果能量被吸收于物体内，则物体温度会升 高。通常辐射能量会与空间内的物体发生热量交换， 因而可以通过在板内填充多孔芯材的方法增加辐射 障碍而减少辐射换热。通过采取一定措施尽量减弱 以上３种热量传递方式，可以实现ＶＩＰ板的优异绝热 性能。 ２．４ ＶＩＰ核心技术
收稿臼期：２００８－０９—１５；修订日期：２００８—１１－０１ 作者简介：温永刚，男，３０岁，博士、工程师。
万方数据
３６
低温工程
２００８年
用了比较先进的被称为ＮＡＮＯＧＥＬ删的金属镀膜纳米 材料聚合物作为真空保温层的隔热材料；日本的 Ｓｈａｒｐ冰箱则大量采用ＶＩＰ隔热，取得了良好的节能 效果。
Ｔａｂｌｅ １
ＶＩＰ的结构组成主要由３部分形成，即：芯材、阻 气层和吸气剂，图１所示为ＶＩＰ结构原理图，图２所 示为ＶＩＰ结构实物图。
阻气层
Ｆｉｇ．１
图１ ＶＩＰ结构原理图 Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＶＩＰ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｆｉｇ．２
图２ ＶＩＰ结构实物图 Ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＶＩＰ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
任何绝热原理及方法都是阻止热量从一个点传 到另外一个点，因而尽管形成所谓的“绝热空间”，但 是热量仍然可以通过以下３种传热方式中的任意一 种从热端传递到冷端，即：传导、对流与辐射。这个过 程是一个“熵增”的过程，任何方法都无法避免，只能 是尽量弱化与减小…。
对流在流体（包括气体与液体）发生运动时即会 产生，对流可以通过强迫流动发生，也可以通过分子 因浓度差和温度差而形成的自然流动发生，因而任何 一种绝热方式都必须有效地阻止对流现象的发生。 传统的绝热方式主要是通过介入流体运动而弱化对 流效应，真空绝热板则采取抽除板内气体使其保持一 定真空度的方法消除对流效应。
目前甲国国内ＶＩＰ技术的研究也得到一定发展， 上海交通大学已成功研制出一种新型吸气材料，上海 夏普电器有限公司利用进口设备和原材料试产了部 分开孔硬质聚氨酯泡沫（ＰＵ）板材，厦门高特高新材 料有限公司则生产以聚苯乙烯泡沫（ＰＳ）、聚氨酯泡 沫（ＰＵ）、玻璃纤维和气凝胶等为芯材的ＶＩＰ产品，青 岛冈森蝮料有限公司研发和生产的ＶＩＰ多层高阻隔 薄膜经相关部门检测其各项技术指标均达到世界先 进水平，另外扬州大学等高校联合在ＶＩＰ产品研发上 也做出了一定成果。国内各个科研院所的参与积极 推动了ＶＩＰ产业的向前发展。 ２．２ ＶＩＰ结构
顾名思义，真空绝热板是基于真空绝热原理而制 成的一种新型、高效绝热材料，英文名称为Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｎｅｌ（ＶＩＰ），是近年来开发和研究的一种 新型高效绝热材料，通过最大限度提高板内真空度并 充填以芯层绝热材料而实现隔绝热传导，从而达到保 温、节能等较为理想的绝热效果和目的。相比于传统
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖａｃｕｕｍ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ；Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｐａｎｅｌ（ＶＩＰ）；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
１引言
在能源技术的发展中，２０世纪是绝热技术充分 发展的一个世纪…。在当前世界经济快速向前发展 的模式下，环境保护与节能环保是随之产生的两大主 题。研究开发出一种高效、环保的绝热材料是解决环 境污染和能源枯竭的迫切之需，真空绝热板技术由此 应运而生。
热量传导会在两个直接接触的分子之间发生并 传递。用于绝热板中的固体材料同样会发生热传导， 尽管其热流率很低。液体和气体分子也同样会通过 传导而发生热量传递。任何时候两个分子发生接触 或碰撞，都会发生热量交换。即使没有流体流动，分 子的运动仍然是时时刻刻都在发生。因此，尽管当空 气是静止的或没有对流发生，气体分子依然会通过传
阻气层材料的选择也必须综合考虑各方面的因 素。首先，阻气层材料要有高热阻；其次，阻气层材料 应具有隔绝水气和密封包装两大功能。以某种ＶＩＰ 专用高阻隔薄膜为例，是由多层高阻隔薄膜、金属箔 膜、纳米聚合薄膜，采用低粘度、高粘合力的粘合剂， 通过“干式复合”和高温高频热合形成的，总厚度大 于１２０ Ｉｘｍ。各层间的剥离力大于５ Ｎ，热合强度大于 ５０ Ｎ，具有高阻气性、高阻水性、耐穿刺性、易热封、防 护效果极佳的特性。
２００８年第６期 总第１６６期
低 温工 程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
Ｎｏ．６ ２００８ Ｓｕｍ Ｎｏ．１６６
真空绝热板（ＶＩＰ）技术及其发展
温永刚 王先荣 杨建斌 陈光奇
（兰州物理研究所真空低温技术与物理国防科技重点实验室 兰州 ７３００００）
摘 要：针对真空绝热板技术的结构设计、绝热机理、核心技术及影响真空绝热板寿命的关键因
通过ＶＩＰ结构介绍及其绝热机理分析，可知ＶＩＰ 核心技术为芯材和阻气层材料。
芯材的选择应满足多方面要求。除过前述的支 撑作用及本身具有低导热系数、能够有效降低板内辐 射换热的要求外，作为ＶＩＰ板芯材使用的材料来说， 还必须具备的特性是芯材材料必须为开孔结构，以便 于气体抽空，同时微孔的排列应该使材料中的结构接 触点尽量少，以减少固体热传导。目前欧洲国家建筑 行业用ＶＩＰ所选择的芯材大多为气相二氧化硅 （ｆｕｍｅｄ ｓｉｌｉｃａ），该材料满足上述所有特性要求旧１，然 而缺点是价格较贵，成本较高。
的聚氨酯泡沫或玻璃纤维等绝热材料，真空绝热板在 其生产和应用过程中，不使用ＯＤＳ物质，而且导热系 数可以达到０．００３ ｗ／（ｍ·Ｋ）一０．００４ ｗ／（ｍ·Ｋ）， 相当于普通绝热材料的１０倍甚至更高，而其厚度仅 为普通绝热材料的１／７［２ ３，因而具有环保和节能的双 重优点。
表１所示为ＶＩＰ产品主要性能参数。 从表１可以看出，真空绝热板（ＶＩＰ）不仅具有较 高的压缩强度，而且具有极低的导热系数，产品具有 超级绝热性能且轻质高强，是当前最新的绝热材料。 由于其性能卓越，目前在世界范围内广泛应用于军 工、船用冷藏器材、航天航空、交通运输、医用保温箱、 食品工业、民办用冷冻设备和各种保温箱的隔热保温 等各个领域。例如美国ＮＢＳ公司的超低温冰箱就采
（３）吸气剂：吸气剂的放置主要是为了保证板内 更好的真空度，吸附由于渗透或材料放气所产生的多 余气体，渗入板内的水气分子则由干燥剂吸附掉。对 于板内芯材为气相二氧化硅的真空绝热板，由于气相 二氧化硅的高比面积使得其本身即为一种性能优良 的吸气干燥剂，因而无须再放置吸气剂或干燥剂∞１。 目前吸气剂一般采用钡锂合金吸收板内的氮气、氧气 和二氧化碳，用氧化钴或活性炭吸收氢气。 ２．３ ＶＩＰ绝热机理
Ｖａｃｕｕｍ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｐａｎｅｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
Ｗｅｎ Ｙｏｎｇｇａｎｇ Ｗａｎｇ Ｘｉａｎｒｏｎｇ Ｙａｎｇ Ｊｉａｎｂｉｎ Ｃｈｅｎ Ｇｕａｎｇｑｉ （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂ．ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ＆Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｃｈｉｎａ）
素等内容进行了详尽的分析与探讨，介绍了国外ＶＩＰ技术发展的前沿动向并结合国内真空绝热板技
Fra Baidu bibliotek
术的发展历程及当前发展水平进行了讨论，对国内ＶＩＰ技术未来发展方向提出了几点认识和建议。
关键词：真空 绝热 ＶＩＰ发展
中图分类号：ＴＢ７４２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—６５１６（２００８）０６－００３５－０５
表１ ＶＩＰ产品主要性能参数
Ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＶＩＰ ｐｒｏｄｕｃｔｓ
整体密度／（ｋｇ／ｍ’） 导热系数／［Ｗ／（ｍ·Ｋ）］（２０℃）
使用环境／６Ｃ 压缩强度／ＭＰａ
Ｏ
省¨也 ∞ｍ巧Ｈ ０巧
２真空绝热板（ＶＩＰ）技术
２．１ ＶＩＰ发展历史及国内发展现状 从１８８２年英国科学家Ｊａｍｅｓ Ｄｅｗａｒ发明了杜瓦