專利名稱：一種低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保溫容器的低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，如用于保溫午餐盒、保溫容器及其保溫蓋和保溫板或類似物的隔熱材料。該申請(qǐng)以專利申請(qǐng)?zhí)枮?-321944的日本專利為基礎(chǔ)，其內(nèi)容作為本申請(qǐng)的參考文獻(xiàn)。
通常的合成樹脂保溫容器其結(jié)構(gòu)是在合成樹脂的內(nèi)殼體與外殼體之間的夾層中充一種低導(dǎo)熱率的氣體形成保溫夾層，如氙氣、氪氣或氬氣。
為了制造這種樹脂保溫容器，該容器的兩殼體間所形成的內(nèi)層空間里的空氣，由真空泵抽出或通過保溫容器上的充氣孔將空氣排出，通過該孔充入低導(dǎo)熱率的氣體，然后密封該充氣孔。在抽真空時(shí)，大氣壓力作用于容器壁，使其朝所述空間方向擠壓。因此，如果容器壁的材料太軟，則容器會(huì)被壓癟以致?lián)p壞。所以，容器兩壁通常采用加厚材料，而且為弧形，或設(shè)有加強(qiáng)筋使其具有足夠的強(qiáng)度承受大氣壓力。就非圓柱體或非球體，如多角體、平面體或橢圓體而言，這些措施需要特別的考慮，因?yàn)檫@些形狀致使內(nèi)殼體和外殼體在其垂直表面不能形成足夠的承載強(qiáng)度。
可是，這是理論上的設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際應(yīng)用中，由于材料密度不夠和保溫容器的重量太大，往往保溫效果達(dá)不到要求，而且制造和材料成本都較高。這不取決于容器的形狀，對(duì)于一般的板狀隔熱板，以及在隔熱的容器中使用金屬材料也存在同樣的問題。
考慮到上述的情況，本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)的、密度高的、重量輕的低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，該材料可用于特殊的非圓柱形容器的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料，具有一個(gè)雙壁結(jié)構(gòu)的隔熱夾層空間，夾層內(nèi)充有比空氣導(dǎo)熱率低的氣體，該隔熱夾層空間的厚度，以其在抽真空時(shí)，外殼的外表面在大氣壓力下，在彈性變形可恢復(fù)到原來位置的范圍之內(nèi)，外殼體能與內(nèi)殼體接觸為準(zhǔn)。
本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料，當(dāng)隔熱夾層空間的內(nèi)部壓力與大氣壓力大致相等時(shí)，至少內(nèi)殼體和外殼體中的一個(gè)殼體上設(shè)有能分離的連接保護(hù)部分。
本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料，至少在內(nèi)殼體和外殼體相鄰的連接部分有一連接保護(hù)部分。
本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料的內(nèi)、外殼體，可以是由一種或兩種以上樹脂材料混合制成，這些材料可以是聚乙烯，聚丙稀，聚碳酸脂，聚苯乙烯，ABSs，聚脂，聚酰胺，聚酰亞胺，聚酮，聚乙烯乙烯醇，聚乙烯醇，以及聚砜等。
本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料，內(nèi)殼體為帶底的圓柱形內(nèi)容器，外殼體為比內(nèi)容器大的帶底的圓柱形外容器，該絕熱材料是內(nèi)外殼體入口部分連為一體形成的雙壁容器。
本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料，可以在外容器的底部設(shè)一可密封的排除孔，密封蓋固定在排氣孔的周邊附近。
在上述的這種低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料具有如下作用。
由于充入低導(dǎo)熱率氣體時(shí)，不需要使用任何特殊的裝置來消除壓力差，所以這種材料的制造成本較低。
因?yàn)樵摬牧显试S彈性變形，所以可以制成重量輕、密度高、且內(nèi)外殼體很薄的材料。
由于材料密度的增加，可以做成包括板狀、多角形在內(nèi)的各種形狀。
由于采用連接保護(hù)措施，在抽真空時(shí)，可防止內(nèi)外殼體的連接部分產(chǎn)生彈性變形應(yīng)力，并減少因入口的損壞而造成容器的損壞。
當(dāng)用于保溫容器時(shí)，在內(nèi)外殼體的入口處設(shè)有連接保護(hù)部分，該連接保護(hù)部分通常設(shè)在凸緣處。進(jìn)一步而言，由于這種結(jié)構(gòu)允許容器的一段與增加的凸緣配合，而這部分的熱能傳導(dǎo)減少，因此，可以改進(jìn)容器的隔熱性能。
另外，當(dāng)連接內(nèi)外殼體的入口時(shí)，該連接保護(hù)部分能起到定位的作用，使內(nèi)外殼體能夠容易、準(zhǔn)確地連接。
充入低導(dǎo)熱率氣體以后，由于內(nèi)外殼體不接觸，因此不會(huì)降低保溫性能。


圖1是本發(fā)明所述低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料的實(shí)施例的局部正剖示圖。
圖2是相同隔熱材料的實(shí)施例的局部側(cè)剖示圖。
圖3是相同隔熱材料的實(shí)施例的主要部分放大剖示圖。
圖4是抽真空時(shí)，相同隔熱材料的實(shí)施例的兩壁相互作用的剖示圖。
本發(fā)明所述隔熱材料包括金屬材料，合成樹脂材料，及類似材料，而且具有一雙層空間結(jié)構(gòu)。在絕熱空間層充入一種比空氣導(dǎo)熱率低的氣體。另外，本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率的隔熱材料，抽真空時(shí)，外殼的外壁在大氣壓的作用下，內(nèi)外殼體產(chǎn)生可恢復(fù)的彈性變形以至相互接觸。
在大氣壓力P作用下，允許內(nèi)外殼體產(chǎn)生變形，在抽真空時(shí)，隔熱層的大氣壓力差為1kg/cm2，此時(shí)內(nèi)外殼體產(chǎn)生可恢復(fù)的彈性變形以至相互接觸，如果該變形超過一定程度，則不能恢復(fù)原狀。
由此可見，如果隔熱層太厚，抽真空時(shí)，殼體容易出現(xiàn)塌陷和斷裂。進(jìn)一步而言，在制造這種材料時(shí)，首先應(yīng)抽真空，使內(nèi)外殼體的表面產(chǎn)生可恢復(fù)原來的形狀的彈性變形以至相互接觸，然后向隔熱層充入低導(dǎo)熱率的氣體，消除隔熱層與外部空間的壓力差，由此便制成了這種不易損壞的隔熱材料。
在這種情況下，充氣壓力最好與室溫(20-30℃)下的大氣壓力相近似。
在考慮外部溫度的情況下，無論在冬季的寒冷區(qū)域最低溫度為零下30℃，還是在夏天汽車?yán)锏淖罡邽?0℃時(shí)，根據(jù)Boyle-Charles定理得出，絕熱空間內(nèi)壓力的變化為0.8-1.2kg/cm2，因此用這種方法制造的絕熱材料通常能夠使用。因此總壓力變化值約為±0.2kg/cm2，該壓力比抽真空時(shí)1kg/cm2的壓力差小得多，因此可以制造出通用的具有足以應(yīng)付一般應(yīng)用的隔熱材料。
值得注意的是，當(dāng)隔熱材料由合成樹脂組成時(shí)，殼體的兩壁及類似產(chǎn)品的制造，在其連接部分如入口周圍均用膠粘接或熔接，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由原材料制成的連接部分的強(qiáng)度必然降低。本發(fā)明采用連接部分和彈性變形部分之間設(shè)置一個(gè)能夠接觸的表面臺(tái)階，因此抽真空時(shí)兩殼體彈性變形產(chǎn)生的剪切應(yīng)力不會(huì)作用于連接部分。在本發(fā)明中，當(dāng)絕熱空間層內(nèi)的壓力接近于大氣壓力時(shí)，一種可分開的連接保護(hù)部分至少設(shè)于內(nèi)殼體和外殼體上中的一個(gè)殼體。
通過使連接保護(hù)部分的間隙盡可能小，連接部分的剪切應(yīng)力可以減至最小，而其強(qiáng)化作用卻增加。另外，當(dāng)本發(fā)明用于保溫容器時(shí)，用該方法形成一連接保護(hù)部分，該連接保護(hù)部分設(shè)在保溫容器入口附近，當(dāng)擴(kuò)大內(nèi)殼體的入口或減小外殼體的入口時(shí)，在靠近連接部分處可很方便地接收可覆蓋容器入口的蓋，由于增加了蓋的配合長(zhǎng)度，改進(jìn)了該的密封性能，因此提高了保溫容器的保溫性能。在膠接或熔接內(nèi)外殼體入口時(shí)，擴(kuò)大內(nèi)殼體的入口，或減小外殼體的入口可對(duì)蓋起定位作用。為了增加連接強(qiáng)度，雖然連接保護(hù)部分地可膠接或熔接到其它壁上，但其結(jié)果卻加大了生產(chǎn)工藝的難度，增加了成本。
圖1-4所示為本發(fā)明所述的低導(dǎo)熱率充氣式絕熱材料制成的薄壁式保溫容器的實(shí)施例。如圖1、2所示，該保溫容器1由相互靠近的兩殼體構(gòu)成，內(nèi)殼體2由合成樹脂制成，形狀為帶底的圓柱體，在它們的入口處，外殼體1比內(nèi)殼體2的直徑稍大，并在內(nèi)外殼體2、1之間形成一空間。通過在內(nèi)外殼體2、1間形成的空間中充入比空氣導(dǎo)熱率低的氣體，最好是氙氣、氬氣、氪氣等幾種氣體中的至少一種，以形成絕熱空間層3。
另外，由防輻射材料6組成的金屬箔或金屬板夾層裝在內(nèi)殼體2的外表面，目的在于防止熱輻射。這種防熱輻射材料6既可以裝在內(nèi)殼體2的外表面，又可以裝在內(nèi)殼體2的外外殼體1的內(nèi)表面。
在外殼體1的底部設(shè)有排氣孔7，該排氣孔由與外殼體1相同的合成樹脂制成的密封蓋板8封住，即用粘接劑粘接或熔接法使蓋板封住排氣孔7的周圍。
內(nèi)外殼體2、1及密封蓋板8的材料并沒有限制范圍，它們可以采用一種或兩種以上混合樹脂材料，這些材料可從聚乙烯，聚丙稀，聚碳酸脂，聚苯乙烯，ABSs，聚脂，聚酰胺，聚酰亞胺，聚酮，聚乙烯乙烯醇，聚乙烯醇，以及聚砜等組成的基團(tuán)中選擇。
如圖4所示，該保溫容器的特點(diǎn)還在于，當(dāng)內(nèi)外殼體2、1間的空間被抽真空，外殼體1的外側(cè)處于大氣壓力下時(shí)，絕熱空間層3厚度的設(shè)定是以內(nèi)外殼體2、1能接觸、而其彈性變形又可恢復(fù)原位為準(zhǔn)，更進(jìn)一步而言，絕熱空間層3的厚度最好約為2-7mm。當(dāng)絕熱空間層3的厚度超過7mm時(shí)，內(nèi)外殼體2、1在可恢復(fù)生彈性變形的范圍內(nèi)接觸會(huì)很困難，而且致使低導(dǎo)熱率氣體產(chǎn)生熱傳導(dǎo)。反之，如果絕熱空間層3的厚度小于2mm時(shí)，絕熱空間層3內(nèi)的壓力低于大氣壓力，由于外部溫度的突然增加，內(nèi)外殼體2、1則很容易接觸。
該保溫容器的另一個(gè)特點(diǎn)在于，還包括一分離式連接保護(hù)部分5，當(dāng)絕熱空間層內(nèi)的壓力接近于大氣壓力時(shí)，可分離的連接保護(hù)部分設(shè)在內(nèi)殼體2或外殼體1中的至少一個(gè)上。從圖3可清楚看出，內(nèi)殼體2的外表面與外殼體1的內(nèi)表面之間的連接保護(hù)部分5的間距為0.1-1.0mm，最好為0.1-0.5mm，而連接保護(hù)部分的垂直距離為5mm。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，連接保護(hù)部分5通過形成一個(gè)凸緣部分設(shè)在內(nèi)殼體2上，該凸緣從入口部分的上端徑向地向外延伸，凸緣下部直徑擴(kuò)大部分直接與外殼體1的內(nèi)壁靠近。該直徑擴(kuò)大部分即連接保護(hù)部分5。另一方面，所述連接保護(hù)部分5也可以是在外殼體1上端直徑減小部分與內(nèi)殼體2的外壁靠近。
當(dāng)內(nèi)殼體2與外殼體1在其連接部分膠接或熔接密封后，通過雙壁容器底部的排氣孔對(duì)內(nèi)外殼體間的空間層抽真空，大氣壓力P作用于殼體1、2，使兩殼體產(chǎn)生彈性變形并接觸，如圖4所示。與此同時(shí)，連接保護(hù)部分5的間隙可使其與其相對(duì)表面(外殼體的內(nèi)壁)保持幾乎接觸的狀態(tài)，避免了殼體的變形應(yīng)力直接作用于連接部分4，使其受到保護(hù)。
在殼體1、2的入口處，連接部分4用環(huán)氧樹脂粘接劑膠接，或用熱熔接法例如振動(dòng)熔接法使其密封。
根據(jù)以上所述的作用效果，所述保溫容器的制造方法將進(jìn)一步予以說明。首先，內(nèi)殼體2和外殼體1用合成樹脂注塑而成。然后，獨(dú)立地制備一由合成樹脂組成的密封蓋板8。在此，內(nèi)殼體2的上部入口處直接形成一凸緣及擴(kuò)大的直徑部分，如圖3所示。同時(shí)，還設(shè)有一連接保護(hù)部分5。在外殼體1的下部設(shè)有排氣孔7。
另外，在內(nèi)殼體2的外表面裝有防熱輻射的薄板6或類似物，當(dāng)用金屬板作為防熱輻射的材料時(shí)，該金屬板可用粘接劑或雙面膠粘接在內(nèi)殼體2的外表面。
另外，附有防熱輻射的薄板6的內(nèi)殼體2裝入外殼體1。分別形成在內(nèi)外殼體的入口處的凸緣部分相互對(duì)齊，并用粘接劑膠接或熔接將外殼體1的凸緣部分和內(nèi)殼體2的凸緣部分連接起來，因此，在內(nèi)外殼體2、1之間形成一空間。當(dāng)連接部分4形成時(shí)，設(shè)在內(nèi)殼體2入口處的連接保護(hù)部分5就能精確、容易地使內(nèi)殼體2定位。
另外，一氣體轉(zhuǎn)換器(圖中未表示)裝在雙層容器的底部，用于內(nèi)外殼體2、1間的空間抽真空，及充入低導(dǎo)熱率氣體氙氣，并使其壓力接近大氣壓。這種氣體轉(zhuǎn)換器有多種規(guī)格，它具有與真空泵相連的抽真空機(jī)構(gòu)和與容納低導(dǎo)熱率的氣體(如氙氣)的氣缸相連的供氣機(jī)構(gòu)，因此，該轉(zhuǎn)換器可在兩系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換，首先，通過雙層容器底部的排氣孔7把內(nèi)外殼體2、1間的空間抽真空，然后，充入低導(dǎo)熱率氣體。
如圖4所示，內(nèi)外殼體2、1間的空間抽真空時(shí)，在大氣壓力p作用下，內(nèi)外殼體2、1彈性變形并接觸。由于內(nèi)外殼體2、1的變形僅限于可恢復(fù)性彈性變形范圍之內(nèi)，因此，在大氣壓作用下，內(nèi)外殼體2、1能恢復(fù)其變形，而且不會(huì)出現(xiàn)損壞或永久變形。另外，在連接保護(hù)部分5，內(nèi)殼體2的外表面與外殼體1的內(nèi)表面的間隙為0.1-1.0mm，最好為0.1-0.5mm，內(nèi)殼體2上連接部分4的下部直接與連接保護(hù)部分5配合，連接保護(hù)部分5與外殼體1入口處內(nèi)壁保持幾乎接觸的狀態(tài)，因此，內(nèi)外殼體2、1的變形應(yīng)力不會(huì)作用于連接部分4。因此，連接部分4斷裂和造成的密封失效的缺陷會(huì)減少。
另外，由氣體轉(zhuǎn)換器將內(nèi)外殼體2、1的內(nèi)層空間抽真空以后，充入低導(dǎo)熱率氣體(如氙氣)。該充氣壓力與大氣壓接近。在預(yù)定大氣壓P作用下，內(nèi)外殼體2、1接觸，一旦充入低導(dǎo)熱率氣體，則使內(nèi)外殼體2、1分開并恢復(fù)原位。
另外，為了密封外殼體1底部的排氣孔7，用膠接或熔接的方法使密封蓋板8封住該孔的周邊。
由于上述制造過程，可制造出圖1和2所示的保溫容器。
在以上所述的實(shí)施中，內(nèi)外殼體2、1為帶底的圓柱體，內(nèi)殼體2裝入外殼體1，兩殼體間形成一空間，連接兩殼體的入口使其成為一體的保溫容器，本方發(fā)明并不僅限于這種應(yīng)用，它可由用于制造各種保溫材料，如保溫板、具有雙層結(jié)構(gòu)的保溫蓋以及類似產(chǎn)品。
另外，構(gòu)成內(nèi)外殼體2、1的材料不只限于合成樹脂，內(nèi)外殼體的一個(gè)或兩個(gè)殼體也可以采用金屬材料，如不銹鋼，或采用金屬薄板。
更進(jìn)一步說，所述容器，在外殼體1底部的排氣孔7用密封蓋板8密封其周邊，另外，也可以用粘接劑塞住排氣孔7并使其凝固。就金屬保溫容器而言，可以采用對(duì)流性密封方法，如采用尖管或焊接金屬法。
例如圖1所示為一種制造好的保溫容器。用聚碳酸脂和聚乙烯對(duì)酞酸鹽合成樹脂注模形成內(nèi)外殼體2、1。絕熱空間層的厚度最好為2.5mm，也可以是5mm。另外，內(nèi)外殼體2、1在其入口處的連接位置用環(huán)氧樹脂粘合劑連接。在此，應(yīng)該注意的是內(nèi)殼體2的入口部分設(shè)有一階狀結(jié)構(gòu)，致使在絕熱空間層3(彈性變形部分)與連接部分4之間形成一長(zhǎng)為5mm、垂直于彈性變形方向的方向上的兩表面之間的間隙為0.1-0.3mm的連接保護(hù)部分5。在粘接過程中，連接保護(hù)部分也具有定位的作用。另外，為了防止熱輻射，內(nèi)殼體2的外壁襯有雙層帶狀鋁箔6。
為了向制好的薄型保溫容器的絕熱空間層3充入低導(dǎo)熱率氙氣，應(yīng)采用充氣轉(zhuǎn)換器通過外容器底部的排氣孔7對(duì)空間層抽真空。與此同時(shí)，在大氣壓P的作用下，內(nèi)外殼體2、1朝絕熱空間層3方向變形，在靠近中心的扁平部分處接觸。在室溫及大氣壓力下，當(dāng)充入氙氣時(shí)，絕熱空間層可恢復(fù)至原來的5mm厚度，而不致于損壞。最后，用氰丙烯酸鹽把密封蓋板8膠接于排氣孔7處使其密封，由此便完成了保溫容器的制作。
根據(jù)以上所述的一種保溫容器的制造方法，以下將在絕熱空間層的厚度變化范圍內(nèi)以及靠近內(nèi)殼體2入口處的連接部分有或沒有的情況下，進(jìn)行各種形式的產(chǎn)品試驗(yàn)。
試驗(yàn)產(chǎn)品1絕熱空間層厚度3mm有連接保護(hù)部分平面部分未損壞入口部分未損壞試驗(yàn)產(chǎn)品2 絕熱空間層厚度3mm無連接保護(hù)部分平面部分未損壞入口部分未損壞試驗(yàn)產(chǎn)品3 絕熱空間層厚度7mm有連接保護(hù)部分平面部分未損壞入口部分未損壞試驗(yàn)產(chǎn)品4 絕熱空間層厚度7mm無連接保護(hù)部分平面部分未損壞入口部分損壞試驗(yàn)產(chǎn)品5 絕熱空間層厚度10mm有連接保護(hù)部分平面部分變形，鍍錫入口部分未損壞試驗(yàn)產(chǎn)品6 絕熱空間層厚度10mm無連接保護(hù)部分平面部分變形，鍍錫入口部分損壞
權(quán)利要求
1.一種低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，具有一雙層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)外殼體之間的隔熱空間層中充入比空氣導(dǎo)熱率低的氣體，當(dāng)對(duì)所述空間層抽真空，而所述外殼體的外壁處于大氣壓時(shí)，隔熱空間層厚度的設(shè)定以內(nèi)外殼體能接觸為準(zhǔn)，殼體彈性變形在可恢復(fù)的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，當(dāng)所熱空間層的內(nèi)部壓力近似于大氣壓時(shí)，至少在所述內(nèi)外殼體中的一個(gè)殼體上設(shè)有可分離的連接保護(hù)部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，所述連接保護(hù)部分至少在靠近內(nèi)外殼體中的一個(gè)殼體處形成連接保護(hù)部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，所述內(nèi)外殼體的材料由一種樹脂材料或兩種以上樹脂材料的混合物組成，樹脂材料從下述物質(zhì)中選擇聚乙烯，聚丙稀，聚碳酸脂，聚苯乙烯，ABSs，聚脂，聚酰胺，聚酰亞胺，聚酮，聚乙烯乙烯醇，聚乙烯醇，以及聚砜等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，所述內(nèi)殼體為帶底的圓柱體內(nèi)容器，所述外殼體為帶底的圓柱體外容器，外殼體比內(nèi)殼體大，所述隔熱材料是一種由內(nèi)外殼體在其入口部分連接為一體的雙壁殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料，在所述外殼體的底部設(shè)有一排氣孔的密封結(jié)構(gòu)，一密封蓋板連接于所述排氣孔的周邊處。
全文摘要
一種低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料,具有一雙層結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)內(nèi)外殼體之間的隔熱空間層中充入比空氣導(dǎo)熱率低的氣體,當(dāng)對(duì)所述空間層抽真空,而所述外殼體的外壁處于大氣壓時(shí),隔熱空間層厚度的設(shè)定以內(nèi)外殼體能接觸為準(zhǔn),殼體彈性變形在可恢復(fù)的范圍內(nèi)。這種低導(dǎo)熱率充氣式隔熱材料生產(chǎn)成本低,密度高、重量輕,而且適合用于特殊的非圓柱形容器的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)A47J41/00GK1188630SQ9711437
公開日1998年7月29日 申請(qǐng)日期1997年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月2日
發(fā)明者山田雅司, 蒲地秀史, 藤井孝文, 古山憲輔, 田中篤彥 申請(qǐng)人:日本酸素株式會(huì)社