ВАКУУМНАЯ ИЗОЛЯЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ С АЛЮМООКСИДНЫМ ДЕСИКАНТОМ

Полезная модель относится к конструкционным техническим изделиям, в частности, к теплоизоляционным панелям на основе вакуумированного пористого материала, а именно: наноструктурированного порошка частиц диатомита, - и может найти применение в рефрижераторном автотранспорте, авиа- и судостроении.
Известно вакуумное теплоизоляционное изделие (патент РФ №2144595, МПК E04B 1/80, F16L 59/06, опубл. 20.01.2000), выполненное в виде вакуумированного плоского корпуса, снабженное промежуточным опорным элементом, основание и крышка корпуса с внутренней стороны снабжены ребрами жесткости, которые своими выступами опираются на промежуточный опорный элемент, помещенный между ними, при этом ребра жесткости крышки корпуса смещены по отношению к ребрам жесткости основания корпуса так, что точки опоры ребер жесткости крышки корпуса на промежуточный опорный элемент располагаются между опорными точками ребер жесткости основания корпуса. Корпус изделия целиком или только по периметру помещен в теплоизоляционный материал, которым также заполнены вдавленные внутрь корпуса выступы. При этом теплоизоляционный материал имеет коэффициент теплопроводности ниже, чем материал корпуса.
Недостаток изделия - сложная конструкция, реализация которой связано со значительными технологическими и экономическими затратами.
Известна вакуумированная теплоизоляционная панель, содержащая гибкую оболочку, внутри которой размещен наполнитель, выполненный из многослойного теплоизоляционного материала, включающего алюминиевую фольгу, пластик и бумагу, нарезанного на кусочки размером не более 10 мм, а сама панель изготовлена посредством горячего прессования под давлением непосредственно в гибкой оболочке (патент РФ №106715, МПК F16L 59/00, опубл. 20.07.2011). Наполнитель содержит связующую добавку из полиэтилена, гибкая оболочка выполнена из химически стойкого пластика.
Недостатком панели является технологическая трудность создания регулярного открытого порового пространства теплоизоляционного материала, необходимого для вакуумирования, путем механического измельчения. Кроме того, используемые для изготовления наполнителя материалы (фольга, пластик, бумага) являются плотными и обладают достаточно высокой теплопроводностью.
Известна теплоизоляционная панель, включающая теплоизоляционный слой, размещенный между наружным и внутренним слоями, при этом наружный слой выполнен из декоративного стекла, внутренний слой из латонита, теплоизоляционный слой из вакуумированного наноструктурированного порошка частиц диатомита, при этом все слои соединены полиуретановым клеем по всем поверхностям (патент РФ №98021, МПК E04C 2/02, опубл. 27.09.2010).
Несмотря на то, что фиброцементные плиты и полиуретановый клей, применяемые в качестве оболочки панели, обладают низкой газопроницаемостью, они не являются надежными барьерными материалами, достаточными для обеспечения требуемой герметичности корпуса панели в течение длительной эксплуатации. В результате пары воды проникают внутрь оболочки панели и увлажняют диатомитовый наполнитель, что значительно повышает его теплопроводность.
Поэтому эта вакуумная панель имеет недостаточные теплоизоляционные свойства.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является вакуумная теплоизоляционная панель (патент РФ №120437, МПК E04C 2/02, опубл. 20.09.2012), содержащая наполнитель на основе вакуумированного наноструктурного порошка частиц диатомита с инфракрасным глушителем в количестве от 5% до 20% от веса наполнителя, размещенного внутри защитного и барьерного слоев, барьерный слой которой выполнен из металлизированного полимерного композита; между барьерным слоем и диатомитовым наполнителем находится полимерный мембранный слой.
Металлизированный полимерный композит обладает низкой проницаемостью паров воды и газов. Тем не менее, с течением времени пары воды проникают внутрь панели и увлажняют наполнитель, в результате чего его теплопроводность увеличивается. Также происходит проникновение внутрь вакуумной изоляционной панели азота, кислорода, водорода, диоксида углерода и других газов, взаимодействие которых между собой и компонентам панели приводит к образованию воды и увлажнению наполнителя, а также к повышению давления внутри панели. Более того остаточная влажность наполнителя после его сушки в процессе производства вакуумной изоляционной панели также снижает ее теплоизоляционные свойства.
Поэтому недостатком данной вакуумной изоляционной панели является увлажнение наполнителя в процессе ее производства и эксплуатации, а также повышение парциального давления паров воды внутри панели, что приводит к снижению ее теплоизоляционных свойств.
Задачей полезной модели является создание вакуумной изоляционной панели с повышенными теплоизоляционными свойствами.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой полезной моделью, является повышение ее теплоизоляционных характеристик.
3
Технический результат по повышению теплоизоляционных свойств заявляемой вакуумной теплоизоляционной панели достигается путем сохранения вакуума в течение длительного времени в результате применения десикантов для поглощения паров воды, проникших внутрь ее оболочки или образовавшихся в результате деструкции ее элементов. Десиканты химически связывают воду и таким образом поддерживают вакуум на требуемом уровне. В качестве десикантов могут использоваться гамма-оксид алюминия, оксиды кальция, бария, лития, магния; сульфат, нитрат, бромид и хлорид кальция; хлорид бария; хлорид и бромид лития; хлорид магния; сульфат и фторид калия; сульфат меди и их смеси. Наиболее эффективна конструкция водопоглотительного элемента, в котором десиканты, способные химически связывать воду, размещают в нанопористом гамма-оксиде алюминия со средним диаметром пор менее 11 нм и их средним объемом 1,4 см/г, для чего десиканты и нанопористый гамма-оксид алюминия смешивают в заданных пропорциях, а затем прессуют для придания водопоглотительному элементу формы пластины, сферы, цилиндра, таблетки или гранулы. После этого водопоглотительный элемент помещают в диатомитовый наполнитель заявляемой вакуумной изоляционной панели.
Необходимое свойство десикантов состоит в том, что они должны иметь относительно низкое значение равновесного давления воды, т.е. давления паров воды, оставшихся в окружающей среде при их присутствии, которое предпочтительно должно составлять при комнатной температуре менее 1 Па. Десикантами, удовлетворяющими этому условию, являются оксиды кальция, стронция и бария. Также предпочтительно для уменьшения влагосодержания газо-воздушной среды вакуумной изоляционной панели применять нанопористый гамма-оксид алюминия в виду его высокой стойкости к деструктивным явлениям, необходимой эффективности физического влагопоглощения и коммерческой доступности.
На чертеже показан вариант заявляемой вакуумной теплоизоляционной панели на основе диатомита, содержащей:
1 - внешний декоративный защитный слой;
2 - барьерный слой из металлизированного композита;
3 - внутренний мембранный слой из полимерного материала;
4 - наполнитель из диатомитового порошка с инфракрасным глушителем;
5 - алюмооксидный водопоглотительный элемент.
Внешний слой 1, выполненный из штапельного стекловолокна, придает заявляемой теплозащитной панели привлекательный декоративный вид, а также устойчивость к атмосферным воздействиям и механическим повреждениям. Композитный барьерный слой 2 представляет собой ламинат с несколькими полимерными пленками, покрытыми алюминием или другими плотными материалами, обладающими низкой проницаемостью как для газов, так и для паров воды. Внутренний мембранный слой 3 служит формообразующей емкостью, содержащей теплоизоляционный наполнитель вакуумной панели. Размер пор этого слоя должен быть меньше размера частиц диатомита, т.е. 5-30 мкм, что позволяет в процессе производства панели полностью заполнить под давлением внутреннее пространство мембранного слоя диатомитом, а затем создать в нем вакуум без потери теплоизоляционного материала наполнителя. Диатомитовый наполнитель 4 с инфракрасным глушителем - диоксидом титана эффективно обеспечивает необходимое сопротивление теплопередаче. Водопоглотительный элемент 5, содержащий нанопористый гамма-оксид алюминия, включающий оксиды кальция, стронция, бария или их смеси, адсорбирует пары воды, проникшие внутрь панели или образовавшиеся в результате деструкции ее элементов.
Таким образом, предлагаемая вакуумная изоляционная панель имеет повышенные теплозащитные характеристики, характеризуемые высокой теплопроводностью и сохраняемые в течение длительного времени.