陳清，吳和平，楊闖（浙江省質(zhì)量檢測科學(xué)研究院，浙江杭州　310018）

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表面帶凹坑的真空絕熱板性能與結(jié)構(gòu)研究

陳清，吳和平，楊闖
（浙江省質(zhì)量檢測科學(xué)研究院，浙江杭州310018）

摘要：利用模具在玻璃纖維芯材結(jié)構(gòu)上開微小孔，再將未開孔芯材與開孔芯材相疊加，抽真空后，芯材開孔處在真空絕熱板（VIP）膜材表面形成凹坑。對比不同開孔個數(shù)對VIP導(dǎo)熱系數(shù)的影響，研究了表面帶凹坑的VIP結(jié)構(gòu)在用于外墻外保溫系統(tǒng)時對整個系統(tǒng)拉拔強度的影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開孔個數(shù)達到一定值時，表面帶凹坑的VIP的導(dǎo)熱系數(shù)比未開孔的VIP導(dǎo)熱系數(shù)還要低；凹坑結(jié)構(gòu)對VIP外墻外保溫系統(tǒng)的拉拔強度具有一定的提高和改善。

關(guān)鍵詞：真空絕熱板（VIP）；開孔芯材；凹坑；導(dǎo)熱系數(shù)；拉拔強度

0　前言

真空絕熱板（Vacuum Insulation Panel，簡稱VIP）被視為目前具有發(fā)展?jié)撡|(zhì)的高性能隔熱保溫材料[1]。真空絕熱板采用真空隔熱原料，由3部分組成：芯材為多孔介質(zhì)材料，保證板內(nèi)真空度的真空密封膜材以及能夠吸收透過膜材進入板內(nèi)的各種氣體的吸氣劑或干燥劑[2]。目前，絕熱保溫效果較好的VIP芯材大多采用玻璃纖維棉、二氧化硅粉末以及聚氨酯泡沫塑料，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.001～0.003、0.003～0.010和0.003～ 0.007W/（m·K）[2-3]。其中玻璃纖維棉作為芯材的真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)最低[4]。

在倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天，建筑外圍護結(jié)構(gòu)的熱損耗較大，目前建筑能耗約占全國總能耗的1/3，建筑節(jié)能引起了社會各界的極大關(guān)注。隨著技術(shù)的進步，VIP在建筑外墻隔熱保溫上的應(yīng)用越來越被重視。由于VIP具有單位面積質(zhì)量輕、施工簡便、無毒、無污染、綠色環(huán)保、使用壽命長、不易燃燒等優(yōu)點，已廣泛用于以混凝土和砌體結(jié)構(gòu)為基層的新建建筑的外墻外保溫工程和既有民用建筑的外墻外保溫改造工程，在有些建筑保溫場合的應(yīng)用效果極優(yōu)甚至無可替代。

1　表面帶凹坑的VIP結(jié)構(gòu)

由于VIP自身的真空密封結(jié)構(gòu)，在建筑隔熱保溫應(yīng)用時不能通過直接鑲嵌錨釘?shù)姆绞絹碓鰪娖渑c外墻的結(jié)合能力，從而限制了它的使用范圍。為了增大VIP與外墻間的結(jié)合力，制造商通過在VIP板上開通孔，安裝錨固件的方式來對其進行固定。由于VIP外表面較為平整，在一定程度上降低了與墻面間的摩擦力，在施工中若不能滿足設(shè)計要求，將嚴重影響其上墻后的隔熱保溫效果，長時間會造成外墻結(jié)構(gòu)的下滑、脫落，使建筑物安全性降低甚至破壞。圖1為開孔芯材與帶凹坑的真空絕熱板。

圖1　開孔芯材與帶凹坑的VIP

為了增加VIP表面的粗糙度，從圖1（a）可見，選取任意1層或多層芯材（開孔層數(shù)小于總芯材層數(shù)），利用模具在芯材結(jié)構(gòu)上開微小孔，再將未開孔芯材與開孔芯材相疊加，抽真空后，芯材開孔處會在VIP膜材表面形成凹坑[見圖1（b）]。上墻后，這些凹坑與水泥砂漿結(jié)合可看作為許多錨釘，這種結(jié)構(gòu)使VIP在不依靠錨固件的情況下，也可與墻面緊密結(jié)合，通過該方法有意識地增加板的粗糙度，使得保溫板上墻后的施工更為方便，進一步拓展了真空絕熱板的使用范圍[5]。本文對表面帶凹坑的VIP作詳細介紹，并討論帶凹坑VIP的導(dǎo)熱系數(shù)及其上墻后系統(tǒng)的拉拔強度。

2　實驗

2.1原材料

玻璃纖維芯材和真空絕熱板均由蘇州維艾普新材料有限公司提供。玻璃纖維棉通過離心噴吹法技術(shù)制造，纖維平均直徑為2～4.5μm，并采用濕法成型技術(shù)[6]制備玻璃纖維芯材。所用VIP阻隔膜材從外到內(nèi)結(jié)構(gòu)依次為：玻璃纖維布、PET、尼龍、鋁箔、PE。

2.2表面帶凹坑的VIP導(dǎo)熱系數(shù)測試

測試所用玻璃纖維芯材尺寸為300mm×300mm×3mm，所開孔的直徑為14mm，孔與孔間距為6～15 cm，所開孔個數(shù)為0、2、4、8、10、12個。使用Netzsch HFM 436導(dǎo)熱系數(shù)測定儀測試表面帶凹坑的真空絕熱板的導(dǎo)熱系數(shù)。測試儀上板溫度為35℃，下板溫度為15℃，平均溫度為25℃。

2.3表面帶凹坑的VIP外墻外保溫系統(tǒng)拉拔強度測試（見圖2）

參照JG149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》，測試所用VIP規(guī)格為100mm×100mm×1mm，板的兩面充分均勻涂刷環(huán)氧樹脂AB膠，膠水厚度控制在0.5～1.0mm，板兩面分別與尺寸為100mm×100mm的鋼底板粘結(jié)。在標準試驗條件下養(yǎng)護2～4 h，膠水完全干燥后，將不同開孔個數(shù)（0、6個）的VIP試樣安裝于SANS微機控制電子萬能試驗機上，拉伸速度為5mm/min，拉伸至破壞，并記錄破壞時的拉力。

拉拔強度按式（1）計算：

σb=Pb/A（1）

式中：σb——拉拔強度，MPa；

Pb——破壞荷載，N；

A——試樣面積，mm2。

圖2　表面帶凹坑的VIP外墻外保溫系統(tǒng)拉拔強度測試

3　試驗結(jié)果及分析

3.1凹坑對VIP導(dǎo)熱系數(shù)的影響

將開孔芯材放于中間層，制備的表面帶不同凹坑個數(shù)的建筑用真空絕熱板進行導(dǎo)熱系數(shù)測試，結(jié)果見表1。

由表1可知，未開孔的VIP導(dǎo)熱系數(shù)為0.0075W/（m·K）；開孔對VIP的導(dǎo)熱系數(shù)稍有影響。但當(dāng)開孔個數(shù)達到8個、開孔面積占芯材總表面積的1.37%時，帶凹坑的VIP導(dǎo)熱系數(shù)比芯材未開孔的VIP導(dǎo)熱系數(shù)還要低。說明通過在芯材上開孔對制備的VIP保溫隔熱方面同樣具有優(yōu)異的性能，甚至在一定條件下保溫性能更加優(yōu)越。

表1　帶凹坑的VIP導(dǎo)熱系數(shù)

3.2凹坑對VIP外墻外保溫體系拉拔強度的影響

取帶不同凹坑個數(shù)的VIP外墻外保溫系統(tǒng)進行垂直方向的拉拔強度試驗。結(jié)果表明，表面光滑的VIP外墻保溫系統(tǒng)拉拔強度為0.83MPa，而表面帶凹坑的VIP的拉拔強度可高達0.93MPa，明顯大于表面光滑的VIP。圖3為表面凹坑個數(shù)為6時VIP外墻保溫系統(tǒng)的拉拔強度曲線。

圖3　表面帶凹坑的VIP拉拔強度曲線

當(dāng)表面帶凹坑的VIP面被刷上粘結(jié)砂漿后，隨著砂漿的流動，則會慢慢滲入到表面凹坑內(nèi)。等砂漿完全干燥后，通過砂漿與玻纖網(wǎng)格布膜材間的相互結(jié)合，這些凹坑內(nèi)的砂漿則被視為插入VIP內(nèi)部的錨固件，從而增大了VIP外墻保溫系統(tǒng)的拉拔強度。

4　結(jié)語與展望

針對建筑用真空絕熱板上墻后與墻體間結(jié)合力較差的問題，本文主要采用在芯材上制備凹坑從而得到表面帶凹坑的VIP的試驗研究，得到芯材開孔數(shù)量在一定范圍內(nèi)會提高VIP的隔熱保溫性能；同時從凹坑VIP外墻外保溫系統(tǒng)的抗拉強度實驗中發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)的確能提高VIP外墻保溫系統(tǒng)的抗拉強度，為以后的應(yīng)用研究提供依據(jù)和參考。

在部分玻璃纖維芯材層上進行開孔，制備出表面帶凹坑的VIP，以此來增加VIP在建筑隔熱保溫應(yīng)用時與墻體間的結(jié)合，是一種新的嘗試，同時理論研究也不夠成熟，對開孔芯材的熱流傳遞、表面帶凹坑的VIP與砂漿之間的結(jié)合強度等研究尚屬空白，結(jié)合本文的工作，認為有待進一步研究的主要問題有：

（1）開孔芯材層數(shù)、開孔位置、芯材壓縮前后厚度比等會對VIP導(dǎo)熱系數(shù)造成不同程度的影響，應(yīng)從這些方面對開孔芯材、凹坑真空絕熱板進行實驗設(shè)計優(yōu)化，使其在降低自身導(dǎo)熱系數(shù)的同時又具有優(yōu)異的物理機械性能。

（2）采用不同尺寸大小的模具對芯材進行開孔實驗，得出由孔洞大小、孔隙率等一系列“尺寸效應(yīng)”所帶來的對VIP性能的影響。

（3）在后續(xù)工作中，討論在真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)不變的前提下板厚度與材料熱阻之間的關(guān)系，通過分析和實驗結(jié)果，掌握熱阻不出現(xiàn)跳躍分布條件下，結(jié)合強度最佳的表面微坑結(jié)構(gòu)及分布規(guī)律。

參考文獻：

[1]Wu W P，Chen Z F，J.M.Zhou J M，et al.Thermal properties of vacuum insulation panels with glass fiber[J].Advanced Materials Research，2012，446-449：3753-3756.

[2]Fricke J，Heinemann U，Ebert H P.Vacuum insulation panelsfrom research to market[J].Vacuum，2008，82（7）：680-690.

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[4]Chen Z，Chen Z F，Qiu J L，et al.Vacuum insulation panel for green building[J].Applied Mechanics&Materials，2011，71-78：607-611.

[5]陳照峰，周介明，陳清.一種表面帶凹坑的真空絕熱板及其制備方法：中國，201210102060.5[P].2012-08-08.

[6]Xu T Z，Chen Z F，Zhou J M，et al.Ultrafine glass fiber core material produced by wet method[J].Applied Mechanics& Materials，2011，430-432：1343-1347.

Study on properties and structure of surface pitted vacuum insulation panels

CHEN Qing，WU Heping，YANG Chuang
（Zhejiang Quality Inspection Science Institute，Hangzhou 310018，China）

Abstract：Using mold to make a small hole on the glass fiber core structure，then overlap the core structure with and without hole，after evacuation vacuum，pit will form on the vacuum insulation panel（VIP）membrane surface at the core hole.Compare effect of different hole number on thermal conductivity of VIP，study the influence of surface pitted VIP structure on the pull-out strength of the whole system when being used as exterior insulation system.It was found that,when the number of holes reaches a certain value，the thermal conductivity of surface pitted VIP is even lower than that without holes，the pit structure has certain enhancement and improvement to the tensile strength of VIP EIFS.

Key words：vacuum insulation panels（VIP），hole core structure，pit，thermal conductivity，pull-out strength

作者簡介：陳清，女，1988年生，浙江杭州人。地址：杭州市下沙11號大街6號路口，E-mail：chenqingbla@163.com。

收稿日期：2015-09-23；

修訂日期：2015-11-27

中圖分類號：TU55+1

文獻標識碼：A

文章編號：1001-702X（2016）01-0076-03