專利名稱：真空絕熱材料和具有該真空絕熱材料的絕熱箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空絕熱材料(真空絕熱體)和具有該真空絕熱材料的絕熱箱，特別 涉及適合用于冷熱設(shè)備的真空絕熱材料和具有該真空絕熱材料的絕熱箱。
背景技術(shù)：
以往，使用了聚氨酯作為絕熱材料(絕熱體)，近年來已將絕熱性能比聚氨酯優(yōu)異 的真空絕熱材料與聚氨酯并用而使用。該真空絕熱材料除了冰箱以外，也已用于保溫箱、車 輛空調(diào)機(jī)、熱水供給器等冷熱設(shè)備。
所謂真空絕熱材料，是在由阻氣性(空氣阻隔性)的鋁箔等構(gòu)成的外包材料(外 包部件)中裝入粉末、發(fā)泡體、纖維體等作為芯材(芯部件)，將內(nèi)部保持在幾1 的真空度 而成的。
該真空絕熱材料的絕熱性能，除了由外部大氣進(jìn)入的空氣、水分以外，還由于由芯 材產(chǎn)生的脫氣、芯材自身存在的水分等，有時(shí)會(huì)降低，為了將它們吸附，在外包材料中裝入 了吸附劑。
作為真空絕熱材料的芯材，有二氧化硅等的粉末、聚氨酯等的發(fā)泡體、玻璃等的纖 維體等，現(xiàn)在絕熱性能最優(yōu)異的纖維體成為了主流。
纖維體中有無機(jī)纖維和有機(jī)纖維。無機(jī)纖維中有玻璃纖維、碳纖維等(例如參照 專利文獻(xiàn)1、8)，有機(jī)纖維中有聚苯乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚乳酸纖維、芳族聚酰胺纖維、 LCP(液晶聚合物)纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維、聚酯纖維、聚乙烯纖維、纖維素纖維 等(例如參照專利文獻(xiàn)2、7、9)。
此外，纖維體的形狀中有棉狀的纖維體、將片材層疊的纖維體等(例如參照專利 文獻(xiàn)3、4)。將片材層疊的纖維體中，有將片材以纖維的取向交替的方式層疊的纖維體(參 照專利文獻(xiàn)5、6)。
此外，作為真空絕熱材料的芯材，有具有由無機(jī)纖維或發(fā)泡樹脂構(gòu)成的絕熱層、層 疊于該絕熱層并且剛性比該絕熱層高且塑性變形自由的形狀保持構(gòu)件的芯材(參照專利 文獻(xiàn)10)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 特開平8-028776號(hào)公報(bào)(第2頁-第3頁)
專利文獻(xiàn)2 特許第3656028號(hào)公報(bào)(第5頁、圖1)
專利文獻(xiàn)3 特開2005-344832號(hào)公報(bào)(第3頁-第4頁、圖1)
專利文獻(xiàn)4 特開2006-307921號(hào)公報(bào)(第5頁-第6頁、圖2)
專利文獻(xiàn)5 特開2006-017151號(hào)公報(bào)(第3頁、圖1)
專利文獻(xiàn)6 特公平7-103955號(hào)公報(bào)(第2頁、圖2)
專利文獻(xiàn)7 特開2006-283817號(hào)公報(bào)(第7頁-第8頁)
專利文獻(xiàn)8 特開2005-344870號(hào)公報(bào)(第7頁、圖2)
專利文獻(xiàn)9 特許第4012903號(hào)公報(bào)(第3頁)
專利文獻(xiàn)10 特開2007-466 號(hào)公報(bào)(第2頁、圖1)發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
專利文獻(xiàn)1-10中，在真空絕熱中，將聚酯、聚丙烯等有機(jī)纖維、玻璃纖維這樣的無 機(jī)纖維作為芯材使用。
但是，如果以有機(jī)纖維為芯材，由于原本作為材料的導(dǎo)熱率低，因此作為材料適 合，但由于剛性低而容易撓曲，因此空隙率下降，難以提高絕熱性能。另一方面，如果以玻璃 纖維為芯材，由于剛性高而不易撓曲，因此能夠提高空隙率，也存在絕熱性能優(yōu)異的芯材， 但由于原本作為材料的玻璃的導(dǎo)熱率高，因此不是最佳的材料選擇。
本發(fā)明為了解決上述的問題而提出，其目的在于提供協(xié)同地有效利用各個(gè)纖維體 的優(yōu)點(diǎn)而絕熱性能優(yōu)異的真空絕熱材料和具有該真空絕熱材料的絕熱箱。
用于解決問題的手段
本發(fā)明涉及的真空絕熱材料是將芯材收容于阻氣性容器的內(nèi)部并且使內(nèi)部為減 壓狀態(tài)而密封的真空絕熱材料，芯材由將有機(jī)纖維集合體和纖維集合體無規(guī)地(randomly) 層疊而成的片材集合體構(gòu)成，該有機(jī)纖維集合體是將由有機(jī)材料構(gòu)成的纖維形成為片狀而 得到的，該纖維集合體是將由拉伸彈性模量比有機(jī)纖維集合體的材料高的材料構(gòu)成的纖維 形成為片狀而得到的。
此外，本發(fā)明涉及的絕熱箱具有外箱和在外箱的內(nèi)部配置的內(nèi)箱，在外箱和內(nèi)箱 之間配置有上述的真空絕熱材料。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，由于形成導(dǎo)熱率低的有機(jī)纖維集合體和拉伸彈性模量高(具有剛 性)的纖維集合體的片材集合體，因此導(dǎo)熱率低的有機(jī)纖維集合體的空隙率提高，片材集 合體的絕熱性能提高，能夠得到絕熱性能優(yōu)異的真空絕熱材料。
此外，能夠得到絕熱性優(yōu)異的絕熱箱。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的真空絕熱材料的斜視圖。
圖2為圖1的分解斜視圖。
圖3為表示圖1的真空絕熱材料的芯材的層疊狀態(tài)的說明圖。
圖4為示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的絕熱箱的截面圖。
附圖標(biāo)記說明
1 真空絕熱材料，2 外包材料(阻氣性容器)，3 芯材，3a 有機(jī)纖維集合體(第1 纖維集合體)，3b 纖維集合體(第2纖維集合體)，20 冰箱，21 外箱，22 內(nèi)箱，23 聚氨酯 泡沫(絕熱材料)，24 間隔物(spacer)具體實(shí)施方式
[實(shí)施方式1真空絕熱材料]
如圖1、圖2中所示，本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的真空絕熱材料1包括具有空氣阻 隔性的阻氣性容器2 (以下稱為外包材料)、封入外包材料2中的芯材3和氣體吸附劑4，將 外包材料2的內(nèi)部減壓到規(guī)定的真空度。
真空絕熱材料1的外包材料2由尼龍、鋁蒸鍍PET、鋁箔、高密度聚乙烯構(gòu)成的具有 阻氣性的塑料層合膜構(gòu)成。此外，如果使用聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯這樣的不含鋁箔的層 合膜，能夠抑制熱橋引起的絕熱性能的降低。再有，外包材料2的4邊中將3邊熱封。
封入外包材料2的芯材3，如圖3所示，由將不同材料構(gòu)成的2種纖維集合體3a、 3b每種一片地交替層疊而成的片材集合體形成。
即，將由有機(jī)材料構(gòu)成的纖維形成為片狀的有機(jī)纖維集合體3a (第1纖維集合體) 和將由拉伸彈性模量比有機(jī)纖維集合體3a的材料高(具有剛性)的材料構(gòu)成的纖維形成 為片狀的纖維集合體3b (第2纖維集合體)每種一片地交替層疊，形成片材集合體，將其作 為芯材3。此時(shí)，有機(jī)纖維集合體3a (第1纖維集合體)優(yōu)選為將連續(xù)的有機(jī)纖維形成為片 狀的集合體。
第1纖維集合體3a的材料為有機(jī)材料，是一般作為纖維通用的聚酯、聚丙烯，原本 導(dǎo)熱率低，如果與拉伸彈性模量高的材料構(gòu)成的纖維層疊，能夠提高絕熱性能。
此外，作為第1纖維集合體3a的材料，還有聚苯乙烯、聚乳酸、芳族聚酰胺、LCP (液 晶聚合物)等。聚苯乙烯的固體熱傳導(dǎo)小，作為有機(jī)材料剛性高，因此將其真空包裝而承受 大氣壓時(shí)的形狀保持性好，如果與由拉伸彈性模量高的材料構(gòu)成的纖維層疊，能夠提高空 隙率，能夠提高絕熱性能。此外，由于聚乳酸具有生物降解性，制品使用后也可將解體、分離 的纖維填埋來處理。此外，芳族聚酰胺、LCP的剛性高，因此將其真空包裝而承受大氣壓時(shí) 的形狀保持性好，如果與由拉伸彈性模量高的材料構(gòu)成的纖維層疊，能夠提高空隙率，能夠 提高絕熱性能。
第2纖維集合體北的材料是拉伸彈性模量比第1纖維集合體3a(有機(jī)纖維集合 體)的材料高的材料，一般由作為無機(jī)纖維通用的玻璃構(gòu)成。
再有，并不限于玻璃這樣的無機(jī)纖維，只要是由拉伸彈性模量比第1纖維集合體 3a(有機(jī)纖維集合體)的材料高的材料構(gòu)成的纖維即可，也可以由有機(jī)纖維材料構(gòu)成。
作為將第1纖維集合體3a和第2纖維集合體北組合的片材集合體，有例如將由 聚丙烯纖維構(gòu)成的第1纖維集合體3a與由玻璃纖維構(gòu)成的第2纖維集合體北組合的集合 體、將由聚酯纖維構(gòu)成的第1纖維集合體3a與由玻璃纖維構(gòu)成的第2纖維集合體北組合 的集合體、將由聚丙烯纖維構(gòu)成的第1纖維集合體3a與由聚酯纖維構(gòu)成的第2纖維集合體 北組合時(shí)等的片材集合體。
再有，上述說明中，示出了將由不同材料構(gòu)成的纖維集合體(第1纖維集合體3a 和第2纖維集合體3b)每種一片地交替層疊的情況，但本發(fā)明并不限于此，也可以是無規(guī)地層置。
所謂無規(guī)地層疊，除了如上所述將第1纖維集合體3a和第2纖維集合體北每種 一片地交替層疊的情況以外，還可以每種幾片地交替層疊，或者首先每種一片地層疊，從中 途開始每種幾片地層疊，需要時(shí)由一種材料構(gòu)成的纖維集合體(第1纖維集合體3a或第2 纖維集合體北的任一種纖維集合體)的連續(xù)層疊片數(shù)可以是任何片數(shù)，在層疊中途可以改 變片數(shù)。此外，2種纖維集合體(第1纖維集合體3a和第2纖維集合體北)的層疊片數(shù)可以不同。
對(duì)如上所述構(gòu)成的真空絕熱材料1的制造方法進(jìn)行說明。
首先，說明形成芯材5的纖維集合體(片材集合體)的制造工序。
第1纖維集合體3a(例如聚酯纖維、聚丙烯纖維這樣的有機(jī)纖維集合體)通過從 橫向排成一排的噴嘴使加熱熔融的樹脂自由落到輸送機(jī)上，將其卷取而制造。噴嘴相對(duì)于 要制造的寬度，橫向排成一排，輸送機(jī)以任意的速度運(yùn)動(dòng)，將從噴嘴落下的熔融樹脂卷取。 纖維集合體的堆密度可通過熔融樹脂的排出量和輸送機(jī)的速度來調(diào)節(jié)，由此能夠得到厚度 不同的纖維集合體。
第2纖維集合體3b，為例如玻璃纖維這樣的纖維集合體時(shí)，采用濕式抄紙法制造 為無紡布狀。再有，第2纖維集合體北為聚酯纖維這樣的纖維集合體時(shí)，采用與制造第1 纖維集合體3a時(shí)相同的方法制造。
將這樣得到的第1、第2纖維集合體3a、!3b裁切，形成芯材3。
其次，對(duì)真空絕熱材料1的外包材料2的制造工序進(jìn)行說明。
真空絕熱材料的外包材料由例如15 μ m的尼龍、12 μ m的鋁蒸鍍?chǔ)宝ウ场? μ m的鋁箔、 50 μ m的高密度聚乙烯構(gòu)成的具有阻氣性的塑料層合膜制造。此外，也可使用聚丙烯、聚乙 烯醇、聚丙烯這樣的不含鋁箔的層合膜。
外包材料2，采用密封包裝機(jī)將4邊中的3邊熱封。
其次，對(duì)真空絕熱材料1的真空包裝的工序進(jìn)行說明。
將芯材3插入作為袋的外包材料2中，以剩余的1邊的口未封閉的方式固定，利用 恒溫槽在例如100°c的溫度下進(jìn)行干燥半天(約12小時(shí))。其次，將用于吸附真空包裝后 的殘存氣體、經(jīng)時(shí)放出的來自芯材3的脫氣、通過外包材料2的密封層侵入的透過氣體的氣 體吸附劑4裝入外包材料2內(nèi)，采用例如柏木式真空包裝機(jī)(NPC社制；KT-650)進(jìn)行抽真 空。抽真空進(jìn)行到腔室內(nèi)的真空度達(dá)到例如1 10 左右，在這種狀態(tài)下在腔室內(nèi)將外 包材料2的開口部熱封，得到板狀的真空絕熱材料1。
如上所述制造的真空絕熱材料1由將導(dǎo)熱率低的有機(jī)纖維集合體3a和剛性高 (拉伸彈性模量高)的纖維集合體北層疊的復(fù)合體形成，此外，與粉末、膜等相比，以兩纖維 集合體3a、!3b發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)則復(fù)合體的絕熱性能進(jìn)一步提高的形態(tài)和纖維構(gòu)成，因此通 過如本發(fā)明那樣形成復(fù)合體，導(dǎo)熱率低的有機(jī)纖維集合體3a的空隙率提高，兩者的優(yōu)點(diǎn)形 成協(xié)同效果，能夠使絕熱性能提高。
[實(shí)驗(yàn)例]
從橫向排成一排的噴嘴，使加熱熔融的聚酯、聚丙烯的樹脂自由落到輸送機(jī)上，邊 使輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)邊卷取，制造聚酯纖維、聚丙烯纖維。此外，采用濕式抄紙法將玻璃纖維制造 成無紡布狀。
將得到的纖維集合體裁切為A4大小，形成芯材3。使用的芯材的規(guī)格如表1所示。
[表 1]
材料材料的導(dǎo)材料的拉伸彈層疊單位面積平均纖維直熱率性模量片數(shù)重量徑W/mKGPa片g/m2μ m實(shí)施例1聚丙烯0. 1171. 032 ~ 1. 720251215玻璃0. 7671. 6253010實(shí)施例2聚酯0. 142. 8~ 4. 1251215玻璃0. 7671. 6253010實(shí)施例3聚丙烯0. 1171. 032 ~ 1. 720251215聚酯0. 142. 8 ~ 4. 1251215比較例1聚丙烯0. 1171. 032 ~ 1. 720501215比較例2聚酯0. 142. 8 ~ 4. 1501215比較例3玻璃0. 7671. 6503010
表1中，平均纖維直徑是使用顯微鏡測(cè)定的10部位的測(cè)定值的平均值。單位面積 重量用片材一片的每單位面積的重量計(jì)算。
再有，材料的導(dǎo)熱率(W/mK)、拉伸彈性模量(GPa)，對(duì)于聚丙烯、聚酯，參照 Plastic Data Book(工業(yè)調(diào)查會(huì)出版)，對(duì)于玻璃，參照熱傳導(dǎo)的基礎(chǔ)和演習(xí)(東海大學(xué)出 版會(huì)出版)。
在這種情況下，材料的拉伸彈性模量可認(rèn)為是表示材料的剛性的指標(biāo)。
如表1所示，對(duì)于聚丙烯，材料的導(dǎo)熱率(W/mK)為0. 117，材料的拉伸彈性模量 (GPa)為1. 032 1. 720。此外，對(duì)于聚酯，材料的導(dǎo)熱率(W/mK)為0. 14，材料的拉伸彈性 模量(GPa)為2. 8 4. 1。此外，對(duì)于玻璃，材料的導(dǎo)熱率(W/mK)為0. 76，材料的拉伸彈性 模量(GPa)為 71. 6。
實(shí)施例1中，將由聚丙烯材料構(gòu)成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2)為12，平 均纖維直徑(Pm)為1 與由玻璃材料構(gòu)成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2)為30，平 均纖維直徑(μπι)為10)各25片層疊，總共層疊50片而形成片材集合體。此外，實(shí)施例2 中，將由聚酯材料構(gòu)成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2)為12，平均纖維直徑(μπι)為 15)與由玻璃材料構(gòu)成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2)為30，平均纖維直徑(μπι)為 10)各25片層疊，總共層疊50片而形成片材集合體。此外，實(shí)施例3中，將由聚丙烯材料構(gòu) 成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2)為12，平均纖維直徑(μπι)為1 與由聚酯材料構(gòu) 成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2)為12，平均纖維直徑(μπι)為1 各25片層疊，總 共層疊50片而形成片材集合體。
另一方面，比較例1中，將由聚丙烯材料構(gòu)成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2) 為12，平均纖維直徑(μπι)為15)總共層疊50片而形成片材集合體。另外，比較例2中，將 由聚酯材料構(gòu)成的纖維集合體(單位面積重量(g/m2)為12，平均纖維直徑(μπι)為15)總 共層疊50片而形成片材集合體。此外，比較例3中，將由玻璃材料構(gòu)成的纖維集合體(單 位面積重量(g/m2)為30，平均纖維直徑(μπι)為10)總共層疊50片而形成片材集合體。
再有，實(shí)施例1 3中，也使用了纖維直徑15 μπι的纖維(聚丙烯、聚酯)，在絕熱 性能上，纖維直徑越細(xì)越好，理論上纖維直徑優(yōu)選10 μπι以下。此外，層疊的片數(shù)可基于得 到的纖維集合體的厚度和要制造的真空絕熱材料1的厚度而任意設(shè)定。
上述實(shí)施例1 3、比較例1 3中，為了考察絕熱性能，使用導(dǎo)熱率計(jì)“Auto Λ HC-073(英弘精機(jī)制)”，測(cè)定上溫度37.7°C、下溫度10. 0°C的溫度差下的導(dǎo)熱率。再有，在從抽真空工序經(jīng)過1天后進(jìn)行測(cè)定。作為真空絕熱材料1的絕熱性能比，用比較例2的導(dǎo) 熱率分別除以實(shí)施例1、2、3、比較例1、3的導(dǎo)熱率所得的數(shù)值(與用實(shí)施例1、2、3、比較例 1、3的導(dǎo)熱率除以比較例2的導(dǎo)熱率所得值的倒數(shù)相同)表示?？障堵适菑?減去如下的 值所得的值用芯材3的重量除以芯材3體積(芯材寬X芯材長(zhǎng)X芯材厚(從真空絕熱 材料1的厚度減去外包材料2的厚度的2倍所得的值))后除以芯材3的固體的密度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
[表 2]
權(quán)利要求
1.真空絕熱材料，是將芯材收容于阻氣性容器的內(nèi)部，使內(nèi)部為減壓狀態(tài)而密封的真 空絕熱材料，其特征在于，上述芯材由將有機(jī)纖維集合體和纖維集合體無規(guī)地層疊而成的 片材集合體構(gòu)成，該有機(jī)纖維集合體是將由有機(jī)材料構(gòu)成的纖維形成為片狀而得到的，該 纖維集合體是將由拉伸彈性模量比上述有機(jī)纖維集合體的材料高的材料構(gòu)成的纖維形成 為片狀而得到的。
2.權(quán)利要求1所述的真空絕熱材料，其特征在于，上述有機(jī)纖維集合體的纖維是連續(xù) 的纖維。
3.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，將上述有機(jī)纖維集合體和上述纖 維集合體每種一片地交替層疊。
4.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，將上述有機(jī)纖維集合體和上述纖 維集合體每種幾片地交替層疊。
5.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，將上述有機(jī)纖維集合體和上述纖 維集合體首先每種一片地層疊，從中途開始每種幾片地層疊。
6.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，上述有機(jī)纖維集合體或上述纖維 集合體的纖維材料是聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、芳族聚酰胺、LCP、玻璃的任一種。
7.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，上述有機(jī)纖維集合體的纖維材料 是聚丙烯，上述纖維集合體的纖維材料是玻璃。
8.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，上述有機(jī)纖維集合體的纖維材料 是聚酯，上述纖維集合體的纖維材料是玻璃。
9.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，上述有機(jī)纖維集合體的纖維材料 是聚丙烯，上述纖維集合體的纖維材料是聚酯。
10.權(quán)利要求1或2所述的真空絕熱材料，其特征在于，上述有機(jī)纖維集合體和上述纖 維集合體的平均纖維直徑為15 μ m以下。
11.絕熱箱，其特征在于，具有外箱和在上述外箱的內(nèi)部配置的內(nèi)箱，在上述外箱和上 述內(nèi)箱之間配置有權(quán)利要求1 10任一項(xiàng)所述的真空絕熱材料。
12.權(quán)利要求11所述的絕熱箱，其特征在于，在上述外箱和上述真空絕熱材料之間和/ 或上述內(nèi)箱和上述真空絕熱材料之間填充了絕熱材料。
13.權(quán)利要求11所述的絕熱箱，其特征在于，在上述外箱和上述真空絕熱材料之間配 設(shè)有間隔物。
14.權(quán)利要求11所述的絕熱箱，其特征在于，通過溫度調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)上述內(nèi)箱的內(nèi)部溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供絕熱性能優(yōu)異的真空絕熱材料和具備其的絕熱箱。該真空絕熱材料是將芯材3收容于阻氣性容器2的內(nèi)部，使內(nèi)部為減壓狀態(tài)而密封的真空絕熱材料1，芯材3由將有機(jī)纖維集合體3a和纖維集合體3b無規(guī)地層疊而成的片材集合體構(gòu)成，該有機(jī)纖維集合體3a是將由有機(jī)材料構(gòu)成的纖維形成為片狀而得到的，該纖維集合體3b是將由拉伸彈性模量比有機(jī)纖維集合體3a的材料高的材料構(gòu)成的纖維形成為片狀而得到的。此時(shí)，優(yōu)選有機(jī)纖維集合體3a的纖維是連續(xù)的纖維。此外，有機(jī)纖維集合體3a或纖維集合體3b的纖維材料是聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、芳族聚酰胺、LCP、玻璃的任一種。
文檔編號(hào)F16L59/065GK102032421SQ20101050968
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者巖田修一, 野村京子, 高木司 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社