包含退火處理的無粘結(jié)劑玻璃纖維的真空隔熱材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用現(xiàn)有的玻璃纖維的具備更優(yōu)異的隔熱及保冷性能的真空隔熱材料，更詳細(xì)的涉及如下的真空隔熱材料，其特征在于，將退火處理的無粘結(jié)劑玻璃纖維作為芯材使用，該真空隔熱材料的隔熱性能優(yōu)異，纖維內(nèi)無殘留的有機(jī)物，真空時不會發(fā)生釋氣(out gassing)，可長時間維持真空度。
【專利說明】包含退火處理的無粘結(jié)劑玻璃纖維的真空隔熱材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種利用現(xiàn)有的玻璃纖維的具備更優(yōu)異的隔熱及保冷性能的真空隔 熱材料，更詳細(xì)的設(shè)及如下的真空隔熱材料，其特征在于，將退火處理的無粘結(jié)劑玻璃纖維 作為巧材使用，該真空隔熱材料的隔熱性能優(yōu)異，纖維內(nèi)無殘留的有機(jī)物，真空時不會發(fā)生 釋氣（out gassing),可長時間維持真空度。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著向"低碳綠色成長"的模式的轉(zhuǎn)變，建設(shè)領(lǐng)域需要為節(jié)能及溫室氣體的縮減付 出努力。為了提高建筑物的能量效率，應(yīng)開發(fā)高性能建筑用隔熱材料。
[0003] 目前在韓國國內(nèi)制造及銷售的建筑用隔熱材料，主要分為利用聚苯己締 (polystyrene)或聚己締（polyet的lene)的有機(jī)隔熱材料（例如，韓國公開專利公報(bào)第 1999-0048791號、第2011-0040347號）和將礦石進(jìn)行高溫烙融及制纖而制造的無機(jī)隔熱材 料（例如，韓國公開專利公報(bào)第2003-0058921號）。但是，有機(jī)隔熱材料的的情況下，價(jià)格 低廉、施工性優(yōu)異，但伴有耐熱性差、火災(zāi)時著火或產(chǎn)生有毒氣體的問題。并且，在無機(jī)隔熱 材料的情況下，很難表現(xiàn)出用于高效率的隔熱性能。
[0004] 最近，隨著全球性的環(huán)保、低功耗政策的基調(diào)，真空隔熱材料的使用呈增多的趨 勢。真空隔熱材料（Vacuum Insulation Panel, VI巧是指在具有氣密性的密封材料中放入 巧材（Core Material),將其內(nèi)部處理為真空狀態(tài)的隔熱材料，與現(xiàn)有的隔熱材料相比，其 隔熱性能優(yōu)異5?10倍W上的高效率隔熱材料。該種真空隔熱材料可作為冰箱、冷庫、低 溫液化罐、冷凍集裝箱、冷/溫自動販賣機(jī)及建筑用板材。
[0005] W往，作為真空隔熱材料的巧材使用聚氨醋發(fā)泡體，但發(fā)泡體并不環(huán)保，并且由于 其是有機(jī)材料，長時間后因釋氣而真空度將降低。并且，作為真空隔熱材料的巧材使用的玻 璃纖維的一般制造工序利用旋轉(zhuǎn)工序（Rotary process)方式，即，混合包含氧化娃、氧化 侶、堿金屬氧化物、堿±金屬氧化物和/或棚氧化物等的原料，將其在1400°C W上的高溫下 烙融，并使通常稱為旋轉(zhuǎn)器（Spinner)的旋轉(zhuǎn)裝置高速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，利用其產(chǎn)生的離屯、力來 進(jìn)行制造。如上所述的玻璃纖維制造工序中，為了玻璃纖維之間的結(jié)合而使用了如酪醒樹 脂的有機(jī)粘結(jié)劑。但是，如上所述的有機(jī)粘結(jié)劑在真空工序或其之后將變形為氣體而減弱 真空度，最終成為降低隔熱材料的隔熱性能的原因。并且，當(dāng)使用了玻璃纖維作為巧材時， 存在有真空度降低時體積增加的問題。由于無法充分地確保巧材的厚度，因此構(gòu)成巧材的 玻璃纖維的使用量會增加，進(jìn)而增加材料費(fèi)用。
[0006] 本 申請人:的在先專利韓國授權(quán)專利第10-746989號提出了將針刺（y營哥）處 理的無粘結(jié)劑玻璃纖維作為巧材應(yīng)用的真空隔熱材料。但是，雖然針刺處理的無粘結(jié)劑玻 璃纖維沒有了基于有機(jī)物的釋氣，但在針刺處理時，巧材W垂直方向取向而減弱了其隔熱 性能，無法充分滿足強(qiáng)化的隔熱性能標(biāo)準(zhǔn)。因此，亟需開發(fā)出利用了無粘結(jié)劑玻璃纖維且其 隔熱性能與現(xiàn)有的產(chǎn)品相比更加優(yōu)異的新概念的高效率隔熱材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種真空隔熱材料，其具有與現(xiàn)有的玻璃纖維相比更優(yōu)異 的隔熱及保冷性能，并且排除了有機(jī)粘結(jié)劑的使用，使在真空時不會發(fā)生釋氣，熱導(dǎo)率的經(jīng) 時惡化低，此外，利用了退火處理的玻璃纖維，使玻璃纖維W水平方向取向并調(diào)節(jié)厚度及密 度，使其具有與現(xiàn)有的有機(jī)隔熱材料、無機(jī)隔熱材料相比更優(yōu)異的隔熱性能，并能夠減少材 料費(fèi)用。
[000引本發(fā)明提供一種真空隔熱材料，其中，包括；作為巧材的玻璃纖維、用于吸附真空 隔熱材料內(nèi)部的水分及氣體的氣體吸附劑、W及用于密封玻璃纖維的內(nèi)通氣性密封構(gòu)件；
[0009] 其中，所述玻璃纖維是退火處理的無粘結(jié)劑玻璃纖維；
[0010] 所述退火處理是利用300?700°C溫度的退火爐將無粘結(jié)劑玻璃纖維處理大于等 于0. 5分鐘且小于20分鐘。
[0011] 本發(fā)明的"無粘結(jié)劑玻璃纖維"表示未處理有如酪醒樹脂的有機(jī)系粘結(jié)劑的玻璃 纖維，由于完全未使用有機(jī)系粘結(jié)劑，在真空時不會發(fā)生釋氣。
[0012] 本發(fā)明的無粘結(jié)劑玻璃纖維優(yōu)選地將其取向垂直于導(dǎo)熱方向而一定地進(jìn)行排列， W使基于纖維的導(dǎo)熱最小化。
[0013] 在本發(fā)明中，不使用有機(jī)系粘結(jié)劑，并取代其而采用了與現(xiàn)有的玻璃纖維制造方 法不同的退火處理工序。本發(fā)明的退火處理工序中使用的退火爐優(yōu)選為熱風(fēng)通過型帶式退 火爐。本發(fā)明的退火處理中使基礎(chǔ)纖維（坤101句魯）通過熱風(fēng)通過型帶式退火爐進(jìn)行 熱膨脹，使玻璃纖維取向?yàn)樗椒较騑提高隔熱性能，并且完全地去除有機(jī)物及水分，從而 無需追加的干燥工序即可確保產(chǎn)品的品質(zhì)及生產(chǎn)率。并且，能夠容易地調(diào)節(jié)無粘結(jié)劑玻璃 纖維的厚度及密度。熱風(fēng)帶的帶上形成有具有一定氣孔率的孔，300?70(TC的空氣通過氣 孔對玻璃纖維進(jìn)行熱處理。此時，退火處理時間優(yōu)選為大于等于0. 5分鐘且小于20分鐘。 當(dāng)W小于300°C的溫度和大于700°C的溫度，或是W小于0. 5分鐘的時間和20分鐘W上的 時間處理時，將無法獲得最佳化的玻璃纖維的密度。最終，利用退火爐并通過調(diào)節(jié)退火處理 時間、溫度及帶高度，能夠調(diào)節(jié)巧材的厚度及密度。
[0014] 本發(fā)明的無粘結(jié)劑玻璃纖維產(chǎn)品的單重優(yōu)選為0. 6?2. OKg/m2。該是因?yàn)?，單?為0. 6?2. OKg/m2的無粘結(jié)劑玻璃纖維在10 -4Torr W下的高真空下，可具有最適合作為真 空隔熱材料的厚度5?50mm和150?400Kg/m3的密度。當(dāng)W具有小于0.化g/m 2的單重的 無粘結(jié)劑玻璃纖維制造真空隔熱材料時，厚度及密度將分別小于5mm及小于150Kg/m3,使得 在施加小的作用力時，也會容易地發(fā)生外部變形而存在有操作性的問題。并且，當(dāng)單重超過 2. OKg/m2時，產(chǎn)生產(chǎn)品變厚并且產(chǎn)品的成本上升的缺點(diǎn)。因此，為了維持真空隔熱材料產(chǎn)品 的外觀形態(tài)和用于適當(dāng)?shù)暮穸?成本的最佳單重優(yōu)選為0. 6?2. OKg/m2。
[0015] 本發(fā)明的無粘結(jié)劑玻璃纖維優(yōu)選使用平均纖維直徑為7 ym W下的無粘結(jié)劑玻璃 纖維，更優(yōu)選使用3?5 y m的無粘結(jié)劑玻璃纖維。當(dāng)纖維直徑較粗時，其會使熱導(dǎo)率值上升 并導(dǎo)致纖維易碎，因此纖維直徑制造得越細(xì)越好。但是，當(dāng)過細(xì)地制造纖維的直徑時，旋轉(zhuǎn) 器轉(zhuǎn)輪（spinner wheel)的壽命會縮短且降低生產(chǎn)率，從而導(dǎo)致制造成本相應(yīng)地上升。3? 5 ym的纖維直徑可被看作是實(shí)際考慮了玻璃纖維的熱導(dǎo)率和生產(chǎn)率的最佳的條件。并且， 當(dāng)利用3?5 y m纖維直徑的玻璃纖維時，最終巧材內(nèi)的空隙會變多，并能夠?qū)崿F(xiàn)與之相應(yīng) 的產(chǎn)品的輕量化。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一具體例，在將無粘結(jié)劑玻璃纖維層疊1層或2層w上后進(jìn) 行退火處理，考慮到性能及生產(chǎn)率，優(yōu)選在層疊2層至3層后進(jìn)行退火處理。當(dāng)層疊無粘結(jié) 劑玻璃纖維后進(jìn)行時，可根據(jù)最終目標(biāo)產(chǎn)品的厚度而改變層疊數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，并能夠由此提 高生產(chǎn)率。
[0017] 本發(fā)明的用于密封玻璃纖維的內(nèi)通氣性密封構(gòu)件可使用真空隔熱材料中通常使 用的構(gòu)件，并不特別進(jìn)行限定。優(yōu)選地，本發(fā)明的內(nèi)通氣性密封構(gòu)件可W使用依次包括W下 層的多層結(jié)構(gòu)的膜；第一外部層，其選自無機(jī)氧化物蒸鍛聚對苯二甲酸己二醇醋（PET)層、 巧龍層及蒸鍛取向的聚丙締（OP巧層；第二外部層，其選自無機(jī)氧化物蒸鍛PET層、巧龍層 及蒸鍛OPP層；侶巧層；W及，聚己締熱烙接層。
[0018] 在本發(fā)明中，可作為第一和/或第二外部層使用的無機(jī)氧化物蒸鍛PET層（W下 稱為"化-PET")提高密封構(gòu)件自身的耐久性的同時，通過蒸鍛無機(jī)氧化物來進(jìn)一步降低密 封構(gòu)件的氧透過度，并且，聚對苯二甲酸己二醇醋所具有的抗?jié)駳庑阅苓M(jìn)一步降低密封構(gòu) 件的濕氣透過度，W此來增強(qiáng)后述的侶巧層的阻斷性能。該種化-PET可通過在聚對苯二甲 酸己二醇醋（陽T)上蒸鍛如侶氧化物（AL〇x)的無機(jī)氧化物而獲得。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一具體例，當(dāng)化-PET層與其它層（例如，巧龍層）粘接時，W 化-PET層的無機(jī)氧化物蒸鍛面與其它層相接的方向進(jìn)行粘接。
[0020] 在本發(fā)明中，GL-陽T層在作為第一外部層使用時，其厚度優(yōu)選為10?15 y m，在作 為第二外部層使用時，其厚度優(yōu)選為10?30 ym。當(dāng)化-PET層的厚度過薄時，可能會存在 降低阻斷性能的問題，反之，當(dāng)化-PET層的厚度過厚時，可能會存在降低操作性且成本上 升的問題。
[0021] 在本發(fā)明中，可作為第一和/或第二外部層使用的巧龍層提高密封構(gòu)件的耐久 性、耐磨性、柔初性等，使在制造或使用真空隔熱材料時，防止產(chǎn)生來自外部的沖擊導(dǎo)致的 針孔（pinhole),在密封構(gòu)件的操作和二次加工（疊合、提曲、粘接等）過程中，防止后述的 侶巧（Aluminum Foil)層的損傷W維持氣密性，并且提高密封構(gòu)件的水分阻斷性。
[0022] 本發(fā)明的巧龍層在作為第一外部層使用時，其厚度優(yōu)選為10?30 ym，在作為第 二外部層使用時，其厚度優(yōu)選為15?30 y m。當(dāng)巧龍層的厚度過薄時，其柔初性降低且針孔 數(shù)增多的概率大，反之，當(dāng)巧龍層的厚度過厚時，真空隔熱材料外皮材料自身變厚，可能會 存在操作性的問題及成本上升的問題。
[002引在本發(fā)明中，可作為第一和/或第二外部層使用的蒸鍛0PP(0riented polyprop^ene(取向的聚丙締））層通過將聚丙締（polypropylene)向單軸或雙軸拉伸而 制造，其具有優(yōu)異的防濕性。在本發(fā)明中，蒸鍛0PP層的厚度優(yōu)選為10?30ym。當(dāng)蒸鍛 0PP層的厚度過薄時，其防濕性能會變差，當(dāng)蒸鍛0PP層的厚度過厚時，真空隔熱材料外皮 材料自身變厚，可能會存在操作性的問題及成本上升的問題。
[0024] 緊接于第二外部層，按順序本發(fā)明的密封構(gòu)件包括侶巧層作為阻斷層。侶巧層的 厚度優(yōu)選為5?10 ym，更優(yōu)選為7?9 ym。當(dāng)侶巧層的厚度小于5 ym時，可能會存在阻 斷性能降低及針孔數(shù)增多的問題，當(dāng)侶巧層的厚度超過10 ym時，可能會存在操作性的問 題及成本上升的問題，并會引起熱橋現(xiàn)象。
[0025] 緊接于所述侶巧層，按順序本發(fā)明的密封構(gòu)件包括聚己締層作為熱烙接層?？墒?用的聚己締有線型低密度聚己締（LLDP巧或茂金屬聚己締（metallocene polyeth^ene， MP巧。聚己締熱烙接層的厚度優(yōu)選為40?60 ym，更優(yōu)選為45?55 ym。當(dāng)聚己締熱烙接 層的厚度小于40 ym時，降低熱密封強(qiáng)度，當(dāng)聚己締熱烙接層的厚度超過60 ym時，可能會 存在有操作性的問題。
[0026] 本發(fā)明中使用的氣體吸附劑是位于真空隔熱材料內(nèi)部，吸附根據(jù)經(jīng)時變化而從外 部進(jìn)入的氣體、水分，W維持內(nèi)部真空度的材料，其使用生石灰（CaO)，或選自錯、鋪、鐵、領(lǐng)、 鐵、鉆、侶、鑲及銘中的金屬粉末與生石灰的混合物。例如，可使用SAES Getters公司銷售 的 Combogetter。
[0027] 本發(fā)明的真空隔熱材料可通過將退火處理的無粘結(jié)劑玻璃纖維作為巧材物質(zhì)而 與氣體吸附劑一同放入如上所述的密封構(gòu)件并進(jìn)行密封來制造。當(dāng)本發(fā)明的真空隔熱材料 的厚度達(dá)到5?50mm時，其最終密度具有150?4(K)kg/m 3的范圍。更優(yōu)選地具有200? 300kg/m3的密度。當(dāng)超出上述密度范圍時，將無法滿足最終厚度5?50mm，從而在應(yīng)用上 存在困難，并且無法滿足隔熱性能。
[0028] 本發(fā)明的真空隔熱材料的熱導(dǎo)率是0. 0020W/mK W下，優(yōu)選為0. 0016?0. 0018W/ mK的范圍。該種熱導(dǎo)率是為了表現(xiàn)出隔熱性能而優(yōu)選的范圍。
[0029] 本發(fā)明在現(xiàn)有的玻璃纖維中未添加粘結(jié)劑，在玻璃纖維內(nèi)不存在任何有機(jī)物，從 而在真空時不發(fā)生釋氣，因此能夠長時間維持真空度。并且，退火方法在不改變纖維的模樣 的情況下，得W最大程度地維持纖維的隔熱性能，而退火處理的結(jié)果，具有隔熱材料的體積 變化小且能夠連續(xù)地進(jìn)行生產(chǎn)的大優(yōu)點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0030] W下，通過實(shí)施例及比較例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。但是，本發(fā)明的范圍并不 限定于此。
[0031] <測定方法〉
[0032] 1.平均纖維直徑的測定
[003引將無粘結(jié)劑玻璃纖維分散于己醇后，利用磁椿（magnetic bar)攬拌。其中用滴管 取出分散中的玻璃纖維的一部分并使己醇干燥。此時，為了使纖維直徑具有代表性，在用滴 管取出纖維時，從多處均勻地采集纖維。在用于光學(xué)顯微鏡觀察的玻璃板上滴一滴密封溶 液（mounting media solution),并將被干燥的纖維中的纖維Icc左右均勻地分散，然后覆 蓋厚度0.1mm的蓋玻片（cover slip)進(jìn)行固定，使密封溶液干燥W固定纖維。此時，在測 定玻璃纖維的纖維直徑時，利用光學(xué)顯微鏡（Olympus公司型號名；BX51) W 1000倍的倍率 測定最少800個W上。為了更精密地測定纖維直徑，利用使用了浸油（immersion oil ;nd =1. 516)的油鏡（oil lens)。利用概率方法（Prob油ilistic Method)來求出平均纖維直 徑等，其式如下。
[0034] 平均纖維直徑；

【權(quán)利要求】
1. 一種真空隔熱材料，其特征在于，包括：作為芯材的玻璃纖維、用于吸附真空隔熱材 料內(nèi)部的水分及氣體的氣體吸附劑、以及用于密封玻璃纖維的內(nèi)通氣性密封構(gòu)件， 所述玻璃纖維是退火處理的無粘結(jié)劑玻璃纖維，所述退火處理是利用300?700°C溫 度的退火爐將無粘結(jié)劑玻璃纖維處理大于等于0. 5分鐘且小于20分鐘。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空隔熱材料，其特征在于，所述無粘結(jié)劑玻璃纖維的平均 纖維直徑是7 ym以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空隔熱材料，其特征在于，所述退火爐是熱風(fēng)通過型帶式 退火爐。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空隔熱材料，其特征在于，所述退火處理是將無粘結(jié)劑玻 璃纖維層疊1層或2層以上后進(jìn)行的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空隔熱材料，其特征在于，所述內(nèi)通氣性密封構(gòu)件是依次 包括以下層的多層結(jié)構(gòu)的膜： 第一外部層，其選自無機(jī)氧化物蒸鍍聚對苯二甲酸乙二醇酯層、尼龍層以及蒸鍍?nèi)∠?的聚丙烯層；以下，聚對苯二甲酸乙二醇酯用PET表示，取向的聚丙烯用OPP表示， 第二外部層，其選自無機(jī)氧化物蒸鍍PET層、尼龍層以及蒸鍍OPP層； 鋁箔層；以及 聚乙烯熱熔接層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空隔熱材料，其特征在于，所述氣體吸附劑是生石灰；或是 選自鋯、錳、鈦、鋇、鐵、鈷、鋁、鎳及鉻中的金屬粉末與生石灰的混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空隔熱材料，其特征在于，熱導(dǎo)率是0. 0020W/mK以下。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空隔熱材料，其特征在于，厚度是5?50mm，最終密度是 150?400kg/m3的范圍。
【文檔編號】F16L59/04GK104487755SQ201380037130
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】李炳院, 李南洙, 柳在說, 林成俊, 姜聲鎬 申請人:株式會社Kcc