節(jié)能膜技術(shù)和紙質(zhì)材料在塑料保溫杯中的應(yīng)用

潘子亮　張俊杰

摘 要：我們?cè)谠囼?yàn)時(shí)可以加入開水，根據(jù)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QB/T2332）不銹鋼真空杯（壺）的保溫性能的標(biāo)準(zhǔn)為：在室溫20 ℃的條件下，往杯中注滿95 ℃以上的開水，蓋上蓋子6 h后，容量小于400 mL的杯子水溫不低于42 ℃，容量大于400 mL的杯子水溫不低于54 ℃。通常市場(chǎng)上在售的塑料保溫杯都是只有隔熱的功能，其保溫的功能最多只有2～3 h，室溫越低其熱量流失越快，而如果是真空保溫杯一般裝入開水6 h后溫度還會(huì)有50 ℃以上，真空率越高保溫時(shí)間就越長，10 h都是可以達(dá)到的，在使用了節(jié)能膜后，雙層塑料保溫杯的保溫效果得到了顯著提升，由于節(jié)能膜可以反射90%以上的紅外線，所以杯子的保溫效果達(dá)到了6～7 h，這個(gè)設(shè)計(jì)使保溫杯的保溫效果得到了提升。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保 雙層塑料保溫杯 節(jié)能膜技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（b）-0107-03

在當(dāng)今社會(huì)，保溫杯已經(jīng)廣泛融入到了我們每個(gè)人的生活中，從辦公室到會(huì)議室，從學(xué)校到家中，我們每個(gè)人在生活中都用過保溫杯，如果有人和我們提起保溫杯，我們一定不會(huì)感到陌生，但保溫杯的保溫性能是由保溫杯的材質(zhì)和保溫原理決定的，情況下不銹鋼真空保溫杯的保溫性能最好，可以達(dá)到10 h以上的保溫效果，個(gè)別的不銹鋼保溫杯可以達(dá)到1 d以上，相比之下，雙層塑料保溫杯的效果就差多了，接下來，我們來討論通過節(jié)能膜技術(shù)在雙層塑料保溫杯中的應(yīng)用來提升其保溫性能。

1 建筑節(jié)能技術(shù)及建筑節(jié)能膜

1.1 PET（聚酯）膜

建筑膜是一種多層的PET（聚酯）膜，通過使用真空多層金屬鍍層技術(shù)、離子技術(shù)以及薄膜物理、精細(xì)化工技術(shù)，使其具有極佳的清晰度、極好的強(qiáng)度和耐久性，以及極高的隔熱效率、抗沖擊能力或裝飾等性能，通過背膠粘附在玻璃等材質(zhì)表面，廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能、建筑安全和建筑裝飾領(lǐng)域，是高科技的建筑材料。

PET是一種耐久性強(qiáng)、堅(jiān)固耐潮、耐高、低溫性均佳的材料。它清澈透明，經(jīng)金屬化鍍層、磁控濺射、夾層合成等多種工藝處理，成為具有不同特性的膜。

建筑節(jié)能膜，顧名思義是應(yīng)用于住宅、辦公大樓、商業(yè)大廈等建筑門窗玻璃、幕墻玻璃，通過陽光控制，改善室內(nèi)環(huán)境、降低制冷采暖能耗，從而達(dá)到節(jié)能效果的玻璃膜。其廣泛應(yīng)用于居家、辦公、休閑等場(chǎng)所。在夏季，建筑膜通過阻隔高達(dá)79%的太陽熱能，可大大降低空調(diào)的制冷成本；冬季，室內(nèi)熱量透過窗戶散失，不僅使室內(nèi)人員感到不適，而且增加了不必要的能耗費(fèi)用。把一線品牌高品質(zhì)節(jié)能膜安裝于普通玻璃的內(nèi)表面能降低熱損耗達(dá)30%，從而達(dá)到冬季室內(nèi)保暖的作用。

建筑膜以節(jié)能隔熱為主要目的，同時(shí)還具有防紫外線和一定的安全功能。該種膜還可分為熱反射膜和低輻射膜。熱反射膜，這種膜貼在玻璃表面使房?jī)?nèi)能透過一部分可見光和一部分近紅外線光，反射和吸收了一部分可見光和一部分近紅外線光，因此可以讓足夠的光線進(jìn)入室內(nèi)，而將大部分的太陽能的熱量反射回去，所以，在炎熱的夏季保持室內(nèi)溫度不會(huì)升高太多，從而降低室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)省空調(diào)費(fèi)用和節(jié)能的作用。低輻射膜，這種膜能透過一定量的短波太陽輻射能，使太陽輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，被室內(nèi)物體所吸收；同時(shí)又能將90%以上的室內(nèi)物體輻射的長波紅外線反射保留于室內(nèi)。低輻射膜能充分利用太陽光輻射和室內(nèi)物體的長波輻射能。因此在寒冷地區(qū)和采暖建筑中使用可起到保溫和節(jié)能效果。

1.2 鋁箔

鋁箔是良好的絕熱材料，它的絕熱性能可表現(xiàn)在它表面的熱輻射性能上。

鋁箔的發(fā)射率與厚度關(guān)系不大，主要取決于其表面的平整度，其發(fā)射率一般為5%～20%，因此鋁箔對(duì)輻射能的吸收非常小，能使80%～95%的輻射熱反射回去。鋁箔是良好的隔熱保溫材料，鋁的純度對(duì)鋁箔的反射率有明顯影響。鋁箔中有雜質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生雜質(zhì)散射而使其輻射吸收增加。要獲得高反射率的鋁箔，純度應(yīng)不小于99.6%。高純度鋁箔光反射率可達(dá)97%，且可以通過涂料處理形成彩色膜。

2 不銹鋼保溫杯與雙層塑料保溫杯的區(qū)別

抽真空的工藝對(duì)于杯子材質(zhì)也是有要求的，一般使用304不銹鋼或201不銹鋼材質(zhì)。而雙層塑料杯是不能抽真空處理的，外塑內(nèi)鋼、外鋼內(nèi)塑的杯子也是不能達(dá)到真空效果的，通常市場(chǎng)上在售的塑料保溫杯都是只有隔熱的功能，其保溫的功能最多只有2～3 h，室溫越低其熱量流失越快，而如果是真空保溫杯一般裝入開水6 h后溫度還會(huì)有50 ℃以上，真空率越高保溫時(shí)間就越長，10 h都是可以達(dá)到的。

由此看來，塑料保溫杯是可以保溫的，但塑料保溫杯的保溫時(shí)間只有兩三個(gè)小時(shí)，相對(duì)于不銹鋼、陶瓷保溫杯而言，其保溫效果還相差甚遠(yuǎn)，不適宜秋冬季節(jié)使用，所以還需要改進(jìn)。

3 將節(jié)能膜技術(shù)用在保溫杯中

過去雙層塑料保溫杯的保溫效果不過2～3 h，該設(shè)計(jì)方法可改進(jìn)人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾p層塑料保溫杯所遇到的不足之處，實(shí)現(xiàn)保溫時(shí)長的顯著提升。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，該設(shè)計(jì)采用以下方法。

將建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔做成杯子的形狀，將其緊貼在雙層塑料杯外層內(nèi)壁，以此達(dá)到反射來自內(nèi)部和外部的輻射熱，加強(qiáng)保溫隔熱性能的優(yōu)良效果，并杜絕傳統(tǒng)普通雙層塑料杯保溫效果不理想這項(xiàng)傳統(tǒng)普通保溫杯無法解決的問題。此處注意是雙層塑料保溫杯的外層內(nèi)壁，這樣使用者在飲用的時(shí)候，就不會(huì)使嘴唇接觸到節(jié)能膜本身，且節(jié)能膜不與雙層塑料保溫杯內(nèi)壁接觸，這樣即使有熱飲加入杯中，也不會(huì)使節(jié)能膜在高溫下產(chǎn)生毒素，更不會(huì)對(duì)人體造成傷害。

該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是大大提升了雙層塑料保溫杯的保溫隔熱性能，延長了內(nèi)部的保溫隔熱時(shí)長。這樣既繼承了不銹鋼保溫杯的優(yōu)點(diǎn)，又沒有原先雙層塑料保溫杯保溫隔熱性能差、盛水量小的缺點(diǎn)。

以下提供該設(shè)計(jì)的一種加工方法的具體實(shí)施方式及一個(gè)實(shí)施例，但該設(shè)計(jì)不限于所提供的實(shí)施例。

3.1 制作雙層塑料保溫杯

雙層塑料保溫杯的制作方法與傳統(tǒng)制作方法一致，在此不做贅述，但一定要注意先不要將內(nèi)壁和外壁直接焊接，因?yàn)槲覀冞€要將建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔所加工成型后的膜材料放入雙層塑料保溫杯的外壁。

3.2 建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料和鋁箔的成型加工

按照已經(jīng)制作完成的雙層塑料保溫杯的外層模型，加工出一個(gè)與外層內(nèi)壁能剛好吻合的建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔，加工工藝技術(shù)也與傳統(tǒng)中一般的加工技術(shù)一致，建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料用注塑或吹塑（可任選）的方法加工成型，而鋁箔則采用專門的機(jī)器（可自選）加工制成與外層內(nèi)壁能剛好吻合的形狀。

3.3 結(jié)合成一個(gè)新的有建筑節(jié)能材料的保溫杯

將建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔所加工成型后的膜材料放入雙層塑料保溫杯的外壁，注意這里的杯口的內(nèi)壁和外壁都要有能夠相互結(jié)合的螺口，這樣就可以直接將內(nèi)外壁通過旋擰的方式固定。

3.4 制作雙層料保溫杯的杯蓋

杯蓋的方法與杯身相同，注意都要是雙層的，杯蓋的內(nèi)壁和外壁都要有能夠相互結(jié)合的螺口，以便在杯蓋的外壁放入建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔，然后再將杯蓋的外壁和內(nèi)壁通過旋擰的方式固定，這個(gè)固定方法與第三步相同。

完成了以上的步驟后，新式雙層塑料保溫杯就制作完成了，如圖1所示，加粗線條的部分就是貼節(jié)能膜的部分。

4 將紙質(zhì)材料用在保溫杯中

這個(gè)問題，其性質(zhì)是一次性紙杯的使用，我們將雙層塑料保溫杯的內(nèi)壁去除，留下外壁，被去除的內(nèi)壁換成一次性杯子，注意此處不要將一次性紙杯固定，使一次性紙杯能夠隨時(shí)被取出和放入。再放入一次性紙杯后，我們往里加入熱飲，再將改裝后的杯蓋蓋上，就可以使一次性紙杯中的熱飲得到一定的保溫效果，當(dāng)內(nèi)部的一次性紙杯不能使用時(shí)，可直接將其取出，換一個(gè)新的一次性紙杯進(jìn)去，這樣就解決了一次性紙杯本身保溫效果差的問題，并且在一定程度上節(jié)約了紙杯的使用，十分得節(jié)能環(huán)保。如圖2所示，左邊是一次性紙杯放在保溫杯中的樣式，而右邊則是一次性紙杯與保溫杯分開后的樣式。

這里注意如圖2所示的一次性紙杯與保溫杯的外壁的規(guī)格要一致，如果口徑對(duì)不上的話，那是無法使用，并且無法達(dá)到保溫效果的，這里就要在制造保溫杯的時(shí)候先調(diào)查常用一次性紙杯的口徑，再根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的制作，以免產(chǎn)生不必要的麻煩。

5 實(shí)驗(yàn)研究的過程及結(jié)論

我們準(zhǔn)備2個(gè)規(guī)格、型號(hào)、品牌一樣的雙層塑料保溫杯，再準(zhǔn)備2個(gè)同一品牌和型號(hào)的電子溫度計(jì)。將其中的一個(gè)作為實(shí)驗(yàn)組，另一個(gè)作為對(duì)照組，兩者進(jìn)行對(duì)比。按照制作研究過程中所講到的制作方法，將實(shí)驗(yàn)組中的杯子做成新式的雙層塑料保溫杯，和對(duì)照組一起放在25 ℃的房間里，我們?cè)谠囼?yàn)時(shí)可以加入開水，每隔1 h用電子溫度計(jì)測(cè)一次2個(gè)杯子中水的溫度，并將溫度變化記錄下來。

至于一次性紙杯放入新式的保溫杯后的保溫效果，其測(cè)試方法與以上相同，只是原來的雙層塑料保溫杯內(nèi)壁被換成了一次性紙杯。

經(jīng)測(cè)試，沒有經(jīng)過改裝的保溫杯在第3個(gè)小時(shí)的時(shí)候，溫度就已經(jīng)從95 ℃降到了30.1 ℃，而經(jīng)過改裝的保溫杯，第1個(gè)小時(shí)只降了14 ℃，在第6個(gè)小時(shí)時(shí)仍有40.6 ℃，2只杯子均為380 mL。而2只一次性紙杯在放入新式保溫杯后，未經(jīng)過改裝的保溫杯在第2個(gè)小時(shí)就降到了39.4 ℃，改裝后的保溫杯在第6個(gè)小時(shí)的時(shí)候才降到了35 ℃（一次性紙杯容量為250 mL）。

根據(jù)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QB/T2332）不銹鋼真空杯（壺）的保溫性能的標(biāo)準(zhǔn)為：在室溫20 ℃的條件下，往杯中注滿95 ℃以上的開水，蓋上蓋子6 h后，容量小于400 mL的杯子水溫不低于42 ℃，容量大于400 mL的杯子水溫不低于54 ℃，才算合格，但是雙層塑料保溫杯卻沒有明確的要求。

通常市場(chǎng)上在售的塑料保溫杯都是只有隔熱的功能，其保溫的功能最多只有2～3 h，室溫越低其熱量流失越快，在使用了節(jié)能膜后，雙層塑料保溫杯的保溫效果得到了顯著提升，由于節(jié)能膜可以反射90%以上的紅外線，所以杯子的保溫效果達(dá)到了6～7 h，這個(gè)結(jié)果說明，加入節(jié)能膜后的設(shè)計(jì)使保溫杯的保溫效果得到了顯著提升。

6 結(jié)語

通過這次項(xiàng)目試驗(yàn)，筆者所在組發(fā)現(xiàn)了一種新的可以提高雙層塑料保溫杯保溫性能的方法，并成功改進(jìn)了保溫杯。感謝新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)長期以來對(duì)該項(xiàng)目的支持，從認(rèn)真聽取該項(xiàng)目，到批準(zhǔn)該項(xiàng)目立項(xiàng)，再到1年以后筆者所在組成功完成試驗(yàn)，并聽取筆者所在組匯報(bào)，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)以及學(xué)校老師都做出了長時(shí)間艱苦努力。

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