真空絕熱板專利技術的發展路徑

權盼盼

國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心（450000）

真空絕熱板專利技術的發展路徑

權盼盼

國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心（450000）

在對真空絕熱板進行調研分析的基礎上，對真空絕熱板的發展路線進行了梳理和總結，對該領域主要申請人的技術發展路線進行了分析，最后對國內在此領域的發展狀況進行了介紹。

VIP；真空；保溫；絕熱；隔熱；對流；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表層復合而成。它有效地避免空氣對流引起的熱傳遞，可使導熱系數大幅度降低，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，內置氣體吸附劑和干燥劑，在抽真空狀態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滲透兩大作用，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的真空度，吸附由于滲透或材料放氣所產生的多余氣體，滲入板內的水氣分子則由干燥劑吸附掉［1］。

2　真空絕熱板的技術發展路線

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。型腔內有一定數量的中間拋光薄片作為發射屏，發射屏能很好地反射光線，以防止熱量輻射傳遞。

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

從1882年英國科學家James Dewar發明了杜瓦瓶以來，真空絕熱技術的發展已經經歷了一個多世紀，對于傳熱機理的深層次研究也已深入到分子水平，因而VIP技術的發展在前人研究成果的基礎上也取得了很大的進步。

1977年Paul A.Logan等申請了可用于墻面、天花板或地板的絕熱隔聲板專利，包括由相對較硬、低導熱耐火材料預制的多個聯鎖真空腔元件，熱反射、抗潮濕涂層覆蓋在聯鎖真空腔元件的內外表面。1989年WHIRIPOOL CO公司申請了一種用于制冷設備的真空絕熱系統，芯層采用聚氨酯材料。在20世紀90年代初，Degussa在Hanau生產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，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得到發展，而且用于區域性供熱的真空絕熱管的試驗方法也得以展開研究。在20世紀90年代，Dow Chemical 和ICI發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年國際海洋工程公司申請了一種含有吸氣劑材料的VIP，并且可以與相鄰具有互補幾何形狀的板材相互堆加。1998年三菱公司申請了一種真空絕熱貼片，芯材由多孔體構成。多孔體由包含硬質聚氨酯泡沫塑料的發泡體粉碎品和板狀填充物構成，或者由硬質聚氨酯泡沫塑料的發泡體粉碎品和熱塑性樹脂的粉碎品構成。2010年福建賽特新材股份有限公司申請了一種VIP，這種VIP包括高阻隔包裝袋和隔熱芯材，隔熱芯材內設有吸附劑，板面上開孔，孔內安裝具有高阻隔性能管狀型材的開孔結構件，解決VIP開孔后強度差、褶皺和易破損問題。2012年青島科瑞新型環保材料有限公司申請了一種用于真空絕熱板的高阻隔復合膜，在原有高阻隔復合膜外側復合一層玻璃纖維布，有效解決怕劃傷、怕穿刺、與水泥黏結不牢以及不抗老化的問題。2013年王明堂申請了一種輕質建筑用真空保溫板，芯層采用草木灰、二氧化硅與玻璃短纖維組成，具有質量輕、環保、價廉、防火以及保溫等優點。

總之，VIP板在20世紀50年代出現了雛形，在20世紀80年代對VIP芯材、阻氣層進行改進，在20世紀90年代中期對吸氣劑進行了改進。進入21世紀，更多的公司開始對VIP的生產工藝、芯材、阻氣層以及吸氣劑材料進行更大的改進。

3　真空絕熱板主要申請人的技術路線

通過對真空絕熱板專利進行調研，我們發現，在此領域的主要申請人主要有以下幾個：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，對其在真空絕熱板方面的技術發展路線作一梳理：

1992年，歐文斯康寧申請了一種高絕熱板，包括由壓縮的玻璃纖維與氣密外罩，該產品成本低，高保溫，壽命長，可用于工業設備、運輸車輛和電冰箱等。

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VIP板的應用領域，歐文斯康寧申請了一種新的VIP，該VIP板的至少一邊具有增強的框結構，該框結構可以由聚合物組成保護VIP板的外罩。

2012年，歐文斯康寧申請了墻體保溫板系列，提供具有可變數量或者形狀的VIP板的成套板。設計人員可更容易地算出或預測出所需墻體保溫板的數量、類型以及針對每個墻體的位置［2］。

4　真空絕熱板國內發展狀況

目前國內VIP技術的研究也得到一定發展，上海交通大學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口設備和原材料試產了部分開孔硬質聚氨酯泡沫板材，廈門高特高新材料有限公司則生產以聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃纖維和氣凝膠等為芯材的VIP產品，青島岡森塑料有限公司研發和生產的VIP多層高阻隔薄膜的各項技術指標均達到世界先進水平，揚州大學等高校聯合在VIP產品研發上也做出了一定成果。國內各個科研院所的參與推動了VIP產業向前發展。盡管真空絕熱板具有優異的絕熱性能，但是這種產品相對高的價格限制了其在傳統絕熱市場中的應用。隨著生產進入規模化，真空絕熱板的價格將進一步降低，市場占有率將明顯提高。利用真空絕熱板優異的保溫隔熱性，如果在我國北方寒冷地區的建筑保溫系統中應用，將會顯示巨大的優勢，可降低建筑墻體的厚度，提高房屋容積率，增加房地產利潤和居住舒適度［3］。

［1］王光仁.VIP高效隔熱復合材料［A］.中國聚氨酯行業整體淘汰ODS國際論壇論文集［C］.2003.

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

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