1、發(fā)展概況

真空絕熱板是將隔熱性能良好的芯材裝入隔氣結構中，抽真空后再密封起來形成的板材。VIP 板的研發(fā)始于上個世紀五十年代，至今已有近六十余年的歷 史，九十年代以后歐美許多大公司先后開展了VIP 板的研究，取得了豐富的科研成果?，F在VIP板在國內外已經廣泛應用于冰箱，冰柜，冷庫，冷藏車，冷藏集裝箱，醫(yī)用保溫箱，墻體保溫等領域，如在日本70%以上的家用冰箱保溫層使用了VIP 板，在歐 美VIP板已廣泛應用在冷凍車船的運輸保溫箱中。

2、VIP 板結構

真空絕熱板通常由三部分組成：隔氣結構、芯材和吸氣劑，其結構如下圖所示。

1.隔氣結構   2.芯層隔熱材料   3.氣體吸附材料

隔氣結構：通常為袋狀結構，以下稱為“阻隔袋”，作用是將芯材抽真空后封裝起來形成真空狀態(tài)，因此要求這種結構具有良好的阻隔氣體能力，同時還要有一定的強度以保護真空腔室不會受到破壞。常用的隔氣材料有薄鋼板、多層聚酯基薄膜和含金屬層的多層聚酯基薄膜等。

芯層隔熱材料：以下簡稱“芯材”，常用多孔隙材料，其首要是起支撐作用，避免在真空條件下隔氣結構塌癟，其次是阻止熱輻射，另外其本身為多孔隙材料，接觸面少，熱傳導系數低。常用的芯材有粉末狀二氧化硅、氣溶膠、開孔聚氨酯 泡沫、開孔聚苯乙烯泡沫和超細玻璃纖維等。

氣 體吸附材料：以下簡稱“吸氣劑”，主要作用是吸收VIP 板內的殘余空氣以維持一定的真空度。阻隔袋抽真空密封后，仍會有極少量氣體會滲透到袋內，或者芯材在使用過程中也會緩慢釋放一些氣體，所有這些氣體均會破 壞袋內真空度影 響VIP板的導熱系數。因此，必須使用特制的吸氣劑，吸收VIP 板內的氮氣、氧 氣、二氧化碳和水蒸氣等氣體以保持袋內高真空度。

3、絕熱原理

VIP板是采用真空絕熱原理制成的，即在較低的空氣壓力下，材料的導熱系數會變得很小。VIP板導熱可以看作一維平板導熱，其導熱過程如下圖。

通過VIP 板的一維導熱

根據VIP 板的結構特點以及熱阻公式 R=δ/λ，VIP 板的總熱阻可表達芯材與兩 側壁熱阻之和，即

其中，

λ為VIP 板的總導熱系數；

λ₀為芯材的表觀導熱系數；

λ₁，λ₂分別為VIP 板兩側壁的導熱系數；

δ為VIP 板總厚度；

δ₀為芯材的厚度；

δ₁，δ₂ 分別VIP 板為兩側壁的厚度；

由式（1.1）整理，得

而芯材表觀導熱系數λ0又由以下四項的總和組成：

λ₀=λ_g+λ_c+λ_s+λ_r

式中，λ_g為空氣的導熱系數；

λ_c為空氣對流換熱系數；

λ_s為隔熱材料的固相導熱系數；

λ_r為芯材內部的輻射換熱系數；

由于VIP 板內空氣稀薄，空氣的熱傳導能力非常微弱，另外芯材通常采用的是多 孔隙材料，空間間壁的距離相對縮短，進一步削弱了空氣熱傳導，因此空氣熱傳 導近似為零，即λ_g=0；氣體被分隔或者密閉在無數微小的空間之內，抽真空后 袋內空氣分子間的平均自由程大于芯材之間的孔隙，氣體分子之間的熱交換幾乎 不存在，因此對流傳熱可以忽略不計，即λ_c=0。因此，芯層表觀導熱系數可以表示為λ₀=λ_s+λ_r

4、影響λ的因素

導熱系數λ是表征材料導熱性能優(yōu)劣的參數，單位為W/m·K。不同材料的導熱系數數值不同，即使同一種材料，導熱系數也受很多因素影響。下面簡單闡述真空度、溫度和芯材含濕率對λ的影響，這樣有利于我們尋找減小導熱系數，提高VIP 板絕熱性能的途徑。

（1） 真空度

VIP 板之所以有如此優(yōu)異的絕熱性能，很大程度上得益于袋內的真空度。因 為VIP 板芯材多為粉末狀或者纖維狀，氣體熱傳導起了很大的作用。芯材表觀導 熱系數與殘余氣體壓力關系如下圖。

從上圖了解到，當殘余氣體壓力從大氣壓下降到10Kpa時，表觀導熱系數保持為常數，即該壓力范圍內導熱系數與絕熱層中氣體壓力無關。當壓力進一步降低， 即壓力為1~ 10³Pa 之間時，導熱系數幾乎隨著殘余氣體壓力呈線性變化，隨著壓力的下降導熱系數也明顯下降。當壓力低于1Pa 時，由于氣體分子導熱和固體導熱小，導熱系數完全取決于輻射傳熱和固體導熱，這是導熱系數趨于常數。所以，VIP 板制作過程中，選擇VIP板的板內真空度一般取1Pa 以下即可，進一步抽真 空對于降低導熱系數沒有實際意義。

（2） 溫度

溫度對絕熱材料導熱系數有直接影響，溫度升高，材料的導熱系數一般會上升。由式（1.5）可知 λ∝T²，因此隨著溫度的增加輻射導熱因子的作用會有大大地加強，λ會顯著增大。λ可表示為：

λ= 4 GdεσT²

式中，G 為氣孔的幾何因子，d 為氣孔平均直徑（m）,ε為氣孔的熱發(fā)射率，σ為斯蒂芬波爾茲曼常數，T為溫度。因此，VIP 板用在低溫環(huán)境下會比在高溫環(huán)境下取得更好的絕熱效果。

（3） 芯材含濕率

芯材為多孔結構很容易吸收水分，老化時也會分解而釋放部分水分和氣體。 空氣的導熱系數為 0.029W/m·K，而水的導熱系數為 0.58W/m·K， 是空氣的 20 倍，同時水蒸汽又使得VIP板的真空度變壞，因此芯材中的水分對VIP 板的導熱系數影響極大。研究表明：當含濕率大于5~10%，絕熱材料吸濕后水分占據了多孔 介質的氣孔空間，引起其導熱系數急劇升高，導熱系數為 0.03W/m·K 的絕熱 材料吸收1%的水分后導熱系數增加25%，以后并按倍數增加。如果絕熱材料有開 孔連通氣孔，水分會在毛細管作用下滲透到其它部位，危害更大。因此，VIP 板制作過程中必須將芯材充分烘干。

除了上述真空度、溫度、材料含濕率外，芯材的容重、比熱容和粒度，填充 的氣體類型以及隔氣結構的隔氣能力對VIP 板板的導熱系數均有影響。

5、VIP 板可靠性和壽命

如要保證產品出廠合格率，就必須對產品進行抽樣檢測。目前通常采用以下兩種方法進行檢測, 一是采用熱流計直接檢測 VIP板的導熱系數，這種方法操作簡單測量準確，但每片VIP 板檢測時間約需10分鐘，檢測效率低不宜批量生產使用；二是利用導熱系數與真空度的關系，通過利用微型真空規(guī)測量VIP 板板內真空度來間接判定其可靠性，這種方法方便快捷，適宜批量生產在線檢測，但是 目前這種檢測手段還不太完善，且增加壓力傳感器會相應增加產品成本，因此目前使用還不是很普遍。

VIP 板板使用過程中，由于外部氣體透過隔氣結構緩慢滲透到VIP板內部和芯材使用過程中緩慢釋放氣體,均會破壞板內真空度，導致 VIP板的導熱系數逐漸上升導致產品失效。這就涉及產品的使用壽命問題。目前VIP板產品沒有國家標準，一般定義VIP 板使用壽命如下，在環(huán)境溫度24 ℃和相對濕度50%的標準條件下，隨著時間推移VIP 板的導熱系數逐漸上升到0.010W/m·K （超級保溫材料導熱系數的上限），此時我們認為VIP板的壽命終結，所經歷的這段時間就是VIP 板的使用壽命。現在VIP 板使用壽命一般為10~15年，氣相法二氧化硅為芯材的可達50年。