干法制备木纤维基真空绝热板及其性能优化

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:ren_sir
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随着科技的不断进步,保温隔热材料的应用越来越广泛,不仅在冷藏冷链、航空航天等领域,而且在传统的建筑保温领域和家电领域的使用也日渐扩大。真空绝热板(Vacuum Insulation Panel,VIP),是近年来迅速发展起来的新一代高性能保温材料,是基于绝热结构和真空隔热机理设计而成,具有极低的导热系数,保温效果是传统保温材料的38倍。VIP的隔热性能主要取决于芯材,但传统VIP芯材(如气相SiO2、聚氨酯泡沫和玻璃纤维等)由于成本过高、制备工艺复杂和易对环境造成污染等缺点,使得VIP难以得到广泛使用。为此,本文以中密度纤维板用木纤维为原料,采用干法成型技术将其制成芯材,重点研究制备工艺参数和原材料的成分与配比对VIP隔热性能的影响,系统地分析了VIP的导热机理,旨在开发一种高性能、低成本、绿色环保的木纤维基VIP。本文研究结果如下:(1)通过研究分析了主要制备工艺参数对木纤维VIP导热系数的影响,得出较优制备工艺,结果表明:当木纤维芯材的容重为200 kg/m3,抽真空保压时间为30 min,干燥温度为140℃时,芯材成型性较好,所制备的VIP具有较佳的隔热性能,常温条件下导热系数为9.6mW/(m·K);当环境温度升至55℃时,VIP导热系数为14.0 mW/(m·K);耐久性测试结果表明,在25℃和80℃温度条件下放置时间30天后,VIP导热系数分别升至10.2 mW/(m·K)和22.3 mW/(m·K)。(2)针对木纤维VIP导热系数相对较高,使用寿命相对较短的缺点,添加气相SiO2对木纤维VIP的隔热性能进行优化,结果表明:当气相SiO2质量分数为30%,所制备的气相SiO2/木纤维VIP的导热系数较单纯的木纤维VIP降低了25%,仅为7.2 mW/(m·K);其耐久性也有明显上升,在25℃和80℃温度条件下放置时间30天后,VIP导热系数分别升至7.3 mW/(m·K)和12.7 mW/(m·K)。与未添加气相SiO2的木纤维VIP相比,隔热性能更佳,使用寿命更长。(3)通过添加炭黑对气相SiO2/木纤维VIP隔热性能做进一步的优化,当炭黑质量分数为5%,木纤维质量分数为65%,气相SiO2质量分数为30%时,VIP导热系数进一步降低,可达6.8 mW/(m·K),并且当环境温度升至55℃时,VIP导热系数仅为7.9 mW/(m·K);其耐久性也进一步提高,在25℃和80℃温度条件下放置时间30天后,VIP导热系数分别升至6.85 mW/(m·K)和9.8 mW/(m·K)。(4)结合木纤维基芯材孔隙结构和透射率的变化,系统地计算了木纤维基VIP的气相热传导系数、辐射热传导系数和固相热传导系数,结果表明:真空条件下,木纤维VIP的导热系数主要由固相热传导系数和辐射热传导系数构成,分别为7.3 mW/(m·K)和2.3 mW/(m·K),气相热传导系数几乎忽略不计;添加气相SiO2和炭黑能够有效降低木纤维VIP固相热传导系数和辐射热传导系数,当炭黑质量分数为5%,木纤维质量分数为65%,气相SiO2质量分数为30%时,VIP的固相热传导系数为6.4 mW/(m·K),辐射热传导系数为0.4 mW/(m·K)。
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