以理論模型計算和實驗樣品測試相對比的方法，研究了兩種不同芯材真空絕熱板導熱系數與板內真空度之間的關系，利用逆真空法對真空絕熱板板內壓力進行了測試。探討了真空絕熱板制作工藝參數，保持板內真空度及延長使用壽命的方法。

　　真空絕熱板(Vacuum Insulation Panel 簡稱VIP) 是近年來發展起來的一種新型高效絕熱材料。它是由填充芯材（Core Material）、氣體阻隔膜（Gas Barrier）和吸氣劑（Getter）組成的。通過提高板內真空度來降低空氣引起的熱傳遞，使其導熱系數可以達到0.002~0.004 W/km，為傳統保溫材料導熱系數的1/10，厚度僅為傳統保溫材料的1/7~1/10，從而達到保溫節能、節省空間的目的。已廣泛應于冰箱、醫用保溫箱、冷藏集裝箱等對保溫要求較高的領域以及新型節能建筑的外墻保溫。

　　本文分別利用氣相二氧化硅和玻璃纖維作為芯材，在相同工藝條件下，制作出不同真空度的VIP 樣品。通過對導熱系數和板內壓力的測試，結合芯材的孔結構，研究了導熱系數隨板內壓力的變化關系，并從絕熱機理進行了理論分析。

1、實驗

1.1、試驗樣品制作

　　本實驗以氣相二氧化硅和玻璃纖維為芯材原材料分別制作了7 塊VIP。氣相二氧化硅中加入適量的有機纖維，通過機械攪拌，混合均勻壓制成型。玻璃纖維通過造紙工藝制得纖維氈，纖維氈疊加到一起制得玻璃纖維芯材。兩種芯材的性能參數如表1。

表1 芯材主要性能參數

　　VIP 樣品制備過程：(1) 將芯材在200℃烘干2 h，快速取出芯材，用無紡布包裹氣相二氧化硅芯材，以避免二氧化硅粉塵污染真空室及真空泵設備，同時也對芯材起到保護作用；(2)將兩種芯材分別裝入鋁塑復合的高阻隔薄膜袋中；(3)將14 塊樣板在真空室壓力依次為5×10^{- 3} Pa、5×10^{- 2} Pa、0.5 Pa、5 Pa、50 Pa、500 Pa、5000 Pa 時進行封口，制得不同壓力下的VIP 樣板。

1.2、試驗樣品檢測設備及原理

　　導熱系數采用熱流計法，利用日本EKO 公司hc- 074- 304 型導熱儀測試，測試條件：冷板溫度5℃，熱板溫度35℃；測試環境：溫度25℃，相對濕度RH<40%。板內壓力檢測采用自行設計的檢測系統，該系統采用逆真空法[3]，根據力平衡原理，當真空室的壓力低于VIP 板內壓力時，阻隔膜膨脹變形，通過激光測距儀測量變形量來檢測板內壓力，原理圖如圖1。

圖1 逆真空法測試板內壓力檢測系統

　　玻璃纖維芯材和氣相二氧化硅芯材VIP 板導熱系數隨板內壓力變化趨勢基本上是一致的。不同的是玻璃纖維芯材在壓力大于5 Pa 時，導熱系數開始上升，而氣相二氧化硅芯材導熱系數在500 Pa 以上時才開始上升。這主要是由于孔結構尺寸造成的，對于玻璃纖維芯材，壓力在5 Pa時空氣分子自由程約為1.3 mm， 遠大于孔徑20 μm，而對于氣相二氧化硅芯材，由于壓力在500 Pa 時空氣分子自由程約為13 μm 遠大于孔徑50 nm，此時氣體的傳熱均已完全被阻止。因此在制作VIP 時，對玻璃纖維芯材，在板內壓力低于1 Pa 時就可封口，氣相二氧化硅芯材，在板內壓力低于100 Pa 時就可封口，因為過分的降低板內壓力影響制作效率，而對導熱系數貢獻不大。

　　真空保護層在相同漏率的情況下，玻璃纖維VIP 使用壽命要遠低于氣相二氧化硅芯材VIP，玻璃纖維芯材VIP 在不到500 Pa 板內壓力時已經失效，而氣相二氧化硅芯材到5000 Pa 時才失效。因此，一般在玻璃纖維芯材VIP 中加入吸氣劑或干燥劑。而且這種VIP 主要用于使用壽命在十年以內的領域，例如，冰箱、保溫箱等，而氣相二氧化硅可以用于建筑外墻保溫，因為它的使用壽命可以達到30 年以上。

　　另外，理論模型導熱系數的計算值與測試值產生偏差的原因(尤其在板內壓力較高時)，首先，本模型本身就是一個簡化模型，只對各傳熱因素采取了簡單的代數和；其次，計算模型中沒有考慮VIP 中水蒸氣對導熱系數的影響，水蒸氣在VIP 中從熱板到冷板可能會產生相變，形成熱管，這樣就會對導熱系數產生很大的影響。本模型能夠定性反映出導熱系數與板內壓力的關系，但是要確定出這種函數關系，還需要對計算模型進行完善。

4、結論

　　（1）VIP 板內真空度較低時，真空度對導熱系數影響不大，隨著真空度的提高，導熱系數急速下降，當真空度大于某一值后，導熱系數趨于恒定，產生“S”型曲線。

　　（2） 玻璃纖維芯材VIP 的初始導熱系數低于氣相二氧化硅芯材VIP 的初始導熱系數。

　　（3） 氣相二氧化硅芯材VIP 在制作過程中，真空室真空度可以比玻璃纖維芯材低兩個數量級。

　　（4） 玻璃纖維芯材VIP 比較適合對絕熱性能要求較高，使用壽命10 年左右的領域，而氣相二氧化硅可以用于使用壽命長達30 年以上的領域。