ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
HEAT INSULATION MATERIAL

Изобретение относится к теплоизоляционному материалу и его применениям.
В корпусах современных бытовых холодильников обычно в качестве изолирующего материала используется полиуретановая пена. Теплопроводность пены, вспененной при помощи пентана, достигает величины до 20 мВт/м×К. Теплопроводящая способность является результатом трех механизмов теплопередачи, теплопроводности твердой составляющей пены, т.е. собственно полиуретана, теплопроводности газа, заполняющего поры пены, и теплового излучения. Возможными путями сведения к минимуму теплового излучения являются уменьшение размера пор и усиление поглощения или отражения излучения стенками пор.
Общепринятым подходом к оптимизации является улучшение состава вспениваемой синтетической смолы с целью уменьшения размера пор получаемой пены. Другим подходом является наполнение синтетической смолы частицами углерода. Благодаря своей высокой поглощающей способности углерод уменьшает вклад теплового излучения в общую теплопроводящую способность, а с другой стороны, он повышает теплопроводность вещества синтетической смолы, чья теплопроводящая способность возрастает в результате добавки углерода.
Задачей изобретения является получение из наполненного частицами состава на основе синтетической смолы теплоизоляционного материала с пористой основой (субстратом), в котором частицы эффективно ограничивают передачу тепла посредством излучения, одновременно существенно не увеличивая прохождение теплового потока через твердую составляющую основы, и даже в том случае, когда частицы состоят из вещества, лучше проводящего тепло, чем состав на основе синтетической смолы, в который они включены.
В соответствии с изобретением задача решается посредством того, что частицы имеют по существу сплющенную, т.е. пластинчатую или чешуйчатую форму.
В современных, распространенных в виде теплоизоляционной пористой основы, полиуретановых пенах собственно около 90% твердого вещества сконцентрировано в перемычках, то есть в вытянутых структурах, которые простираются между тремя соседними газовыми пузырьками. Только около 10% твердого вещества находится в стенках между двумя соседними пузырьками. Если предположить, что добавленные частицы однородно распределяются в твердой составляющей пены, то следовательно, до 90% их сконцентрировано в перемычках, где они очень слабо влияют на тепловое излучение, но вносят значительный вклад в теплопроводность твердого вещества. Тем не менее, в действительности, эффекты поверхностного натяжения приводят к тому, что при вспенивании частицы скапливаются в перемычках, в то время как стенки обеднены частицами.
Идея изобретения состоит в том, чтобы посредством плоской формы частиц повлиять на то, чтобы они лучше внедрялись в стенки основы, и тем самым уменьшить тенденцию к их скоплению в перемычках.
Помимо этого, благодаря достаточному размеру частиц, может быть гарантировано, что они не сразу помещаются в перемычках. Таким образом, вместо тенденции к концентрации частиц в перемычках достигается тенденция к их концентрации в стенках. Для этого средний диаметр (поперечник) частиц предпочтительно должен составлять от 0,1-кратного до 10-кратного среднего диаметра (поперечника) пор. Если диаметр частиц меньше, чем 0,1-кратный диаметр пор, то частицы слишком хорошо умещаются в перемычках, чтобы оказывать влияние на концентрацию в стенках. При диаметре частиц более чем 10-кратный средний диаметр пор, может повыситься вязкость обладающего текучей способностью состава на основе синтетической смолы, из которого путем вспенивания получается соответствующий изобретению теплоизоляционный материал, что окажет отрицательное влияние на обрабатываемость текучего состава.
В идеальном варианте, средний диаметр (поперечник) частицы примерно соответствует среднему диаметру (поперечнику) пор.
Для традиционных изоляционных пен с типичным диаметром пор примерно от 100 до 500 мкм в качестве предпочтительного среднего диаметра частиц может быть задана величина между 10 и 1000 мкм.
Оптимальная толщина частиц определяется двумя эффектами. Для того чтобы теплопроводность основы оставалась незначительной, толщина частиц также должна быть малой, целесообразно не более пятикратной толщины перемычек, а еще лучше не более чем однократная толщина перемычек. Толщина перемычек в зависимости от состава синтетической смолы может варьироваться от 1 до 50 мкм, так что для частиц предпочтительной оказывается толщина не более чем от 10 до 50 мкм.
Частицы могут через поглощение или отражение препятствовать передаче тепла посредством излучения. Если частицы состоят из материала, поглощающего тепловое излучение, то тогда, чтобы достичь эффективного поглощения, их толщина должна примерно соответствовать длине волны поглощения теплового излучения в веществе частиц, это означает, такой длине, на которой интенсивность теплового излучения, распространяющегося по веществу частиц, снижается на 1/е. В случае материала, оказывающего воздействие в основном посредством отражения, толщина частиц должна быть настолько малой, насколько это возможно.
Предметом изобретения является также обладающий текучестью состав на основе синтетической смолы, наполненный частицами, по существу имеющими пластинчатую или чешуйчатую форму, и который может быть вспенен для получения теплоизоляционного материала, как описано выше.
Примером варианта выполнения изобретения может быть такой обладающий текучестью состав на основе синтетической смолы, как состав на основе полиуретановой смолы, который наполнен графитовым материалом, частицы которого имеют сплющенную, т.е. пластинчатую или чешуйчатую форму. В отношении графитового материала речь может идти о коммерчески доступном природном или искусственном чешуйчатом графите, рассматриваются также и сажи, или графиты, которые из-за лучшей прочности или формы частиц запакованы в матрицу синтетической смолы. Из такого, наполненного частицами состава на основе синтетической смолы, путем вспенивания при помощи рабочего газа, такого как, например, пентан, можно получить теплоизоляционный материал способом, который сам по себе известен специалистам.
Вспенивание может происходить в сочетании с впрыскиванием состава на основе синтетической смолы в полость, которая после впрыскивания заполняется расширяющейся синтетической смолой. Такой полостью может быть, в особенности, корпус бытового прибора, который вначале собирается с полыми стенками, потом в полость или полости стенок впрыскивается наполненный частицами состав на основе синтетической смолы, там он оставляется для расширения и затвердевания.