高阻隔复合膜在带沟槽的真空绝热板上的应用

高阻隔复合膜在带沟槽的真空绝热板上的应用

作为一种发展最快的超级材料，真空热板在过去10年中从0.04w/（m）减少到0.02w/（m），一些公司在0.0018w/（m）下达到0.0018w/（m）。真空绝热板优异的保温性能,促使了其利用率快速增长,尤其这几年在冷链运输和建筑领域,取得了突破性的成绩,参与研究的专家学者也越来越多目前,针对真空绝热板的检测判定及分析研究等标准的制定,都是依据矩形形状下真空绝热板的各项特性制定的本文选用市场上主流的三种高阻隔复合膜以不同的结合方式制作真空绝热板试验样品所需的气体阻隔袋。芯材选用玻璃纤维芯材,由于气相二氧化硅芯材真空绝热板的导热系数随板内压力上升增加不敏感,不利于试验研究,所以本文选用了导热系数对板内压力上升敏感的玻璃纤维类芯材,两种芯材的导热系数与板内压力关系曲线如图2通过常温及加速老化测试等手段,对真空绝热板样品进行对比试验测试,分析比较了不同膜材在矩形状态下和异形板状态下的优劣性,为主机厂及真空绝热板生产企业的设计生产提供一定的参考。1测试1.1吸附剂和干燥剂的制备真空绝热板内部填充芯材采用湿法造纸工艺生产的超细玻璃棉板多层叠加制得,吸附剂选用重量10g的氧化钙干燥剂。气体高阻隔复合膜按其组成结构可分为含有铝箔层的铝箔膜、含有镀铝层的镀铝膜以及新型镀层技术复合膜1.2测试方法本研究试验膜袋设计了五组不同的组合方式,如表2所示。按照以上五组膜袋结合方式的试验方案,在相同封装工艺条件下,分别制作了尺寸为300mm×300mm×12mm的真空绝热板各5片,尺寸为1300mm×600mm×12mm的真空绝热板各10片,小尺寸板使用德国耐驰HFM436测试,设置温差20℃,平均温度25℃;大尺寸板使用自制HFM1100进行测试,设置温差20℃,平均温度25℃。使用XLW智能电子拉力试验机测试薄膜的断裂伸长率及每组样品的热封强度。高阻隔复合膜的透湿透氧性能分别采用美国MOCON公司的水蒸气透过率测试仪PERMATRAN-WModel700和氧气透过率测试仪OX-TRAN2/40L。取每组大尺寸板5片进行沟槽制作,在样品表面形成2道沟槽,沟槽宽度约30mm,深度约5mm,2道沟槽之间的间隙约300mm,沟槽距样品边缘约120mm。试验四和试验五沟槽分别制作在B面和C面。1.3导热系数的测定(1)把制作的所有试验样品(75片)在室温环境下放置24h后,测试初始导热系数。(2)把五组试验样品中的小尺寸板(25片),放置于70℃条件下进行加速老化一个月后取出,放置24h后,测试导热系数。把五组试验样品中的大尺寸板(包括有沟槽和没有沟槽的两种各25片)静置于室温环境下一个月后,测试导热系数。(3)待导热系数全部测完之后,把有沟槽的大尺寸板拆解,在暗室中观察三种膜材的差异,并分别进行透湿透氧测试。2膜材阻隔性能对比对A膜、B膜及C膜的厚度、透湿透氧性、横纵向断裂伸长率及拉伸强度分别进行测试,结果如表3所示。对三种膜材的五种结合方式,测试其热封强度,结果如表4所示。对三种膜材的五组膜袋组合方式的所有真空绝热板样品,测试初始导热系数,结果如表5所示,导热系数为同一小组样品的测试平均值。对五组小尺寸(a分组)样品在70℃条件下加速老化一个月,放置24h后测试其导热系数,并与初始值进行比较,结果如表6所示。对五组大尺寸(b分组)未开槽的样品,室温静置一个月后测试其导热系数,并与初始值进行比较,结果如表7所示。对五组大尺寸(c分组)开槽的样品,室温静置一个月后,测试导热系数,并与初始值进行比较,结果如表8所示。从表6～8中可见,试验一使用的是A+A铝箔膜的阻隔袋,由于该类阻隔膜含有一层(6～9)μm的铝膜,所以具有超强的阻隔性能,在70℃老化一个月和室温跟踪一个月条件下,性能都十分稳定,即使在有沟槽的样品上,表8中试验一对应的结果,性能衰减也明显好于其它膜材组合。从表6中可见,试验二(B+B)和试验三(C+C)老化后的结果相比,试验二导热系数上升略高于试验三,说明C膜材的阻隔性能略好于B膜材。而与双面含有铝箔的试验一(A+A)和单面含有铝箔的试验四和试验五(A+B和A+C)相比,性能衰减明显更快。从表7中可见,室温跟踪结果与表6的结论一致,试验二(B+B)的性能略差于试验三(C+C),两者均差于试验一、试验四和试验五。而从表8中可见,带有沟槽的样品中,B膜的性能(试验二和试验四)明显差于C膜的性能(试验三和试验五),这个差别比没有沟槽的加速老化样品和常温跟踪样品更加明显。这是由于镀铝膜(B膜)是在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜基材上蒸镀30nm～100nm厚度的铝层来提高膜材阻隔性,真空蒸镀以铝原子形式沉积在PET基体上,在制作沟槽的过程中,PET具有好的延展性,可产生好的塑性变形,但铝镀层由于与PET基体结合力弱,而且沉积的铝原子之间缺陷较多,结合力弱,因此在PET拉伸变形过程中,镀层会与PET基体剥离并断裂,降低了膜材的阻隔性能。而新型膜(C膜)采用特殊涂层技术,在PET基材上涂布40nm～80nm厚度的高分子阻隔层,高分子涂层材料本身具有优异的延展性,当PET基材拉伸产生塑性变形时,阻隔涂层也随之被拉伸变形,而不会产生剥离断裂现象,所以保持了整体优异的阻隔性能。而铝箔膜(A膜)由于含有(6～9)μm的铝箔,本身具有良好的延展性,通过沟槽拉伸使其金属层变薄,但还没有突破延展性的极限,金属铝层仍然作为一定厚度的结构层起到阻隔性。在暗室中观察三种膜材的差异,暗室中所拍照片如图3所示。从图3中可见,铝箔膜除了很少的“针孔”状缺陷外,未发现明显透光区域;而镀铝膜在沟槽处有一道明显的光带,产生了较大的裂纹缺陷;而新型膜本身具有一定透光性,无法判断其沟槽处是否产生缺陷。进一步对三种膜的沟槽位置分别进行透湿透氧测试,结果如表9所示。通过对比表3和表9可见,对于A膜和C膜,在沟槽处透湿透氧性能与没有沟槽接近,说明沟槽没有产生明显缺陷;而对于B膜,在沟槽处透湿透氧率大幅增加,阻隔性能明显下降。3老化技术特点(1)不同膜材虽然在矩形产品上表现的性能相近,但在有沟槽的产品上,差异较大。针对沟槽产品,不能仅仅通过矩形板的性能来判定,而是要根据实际设计要求,设计新的验证方式。(2)在70℃的老化条件下,双面铝箔膜的衰减速度要慢于阴阳膜,双面非铝层结构膜衰减速度最快。结合目前市场价格,使用双面铝箔膜成本最低,阴阳膜次之,双面非铝层结构膜成本最高。综合性价比考虑,阴阳膜