作为VIP的骨架材料和维持真空的必备条件 ， 芯材在VIP体系中起着举足轻重的作用 。 芯材用于支撑VIP的板壁面 ， 需承受约100kPa的压力 ， 避免在真空条件下外部的封闭薄膜收缩、塌瘪 。 VIP芯材主要分为如下几类 。
① 颗粒型芯材：硅土粉、珍珠岩、气相二氧化硅等隔热颗粒构成的芯材统称为颗粒型芯材 ， 上图为该芯材球体模型 。 颗粒型芯材优点在于真空状态下其导热系数较低 ， 且对压力增加不敏感 ， 但是这类芯材VIP制作过程中很难控制 ， 例如抽真空时必须防止芯材微小颗粒被抽出来 ， 高吸湿性对抽真空不利等 。 另外 ， 颗粒类芯材密度比较高 ， 增加了VIP的重量 。
② 泡沫型芯材：如发泡聚苯乙烯和发泡聚氨酯 ， 也常常作为VIP的芯材 ， 上图为开孔泡沫的简易模型 。 这些泡沫型芯材密度低（60~100kg/m3）、孔径小 ， 因此具有非常低的导热系数 。 另外 ， 泡沫型芯材生产方便、价格低廉 ， 因此得到了广泛的应用 。 但泡沫型芯材却很难在低压（≤10Pa）下保持真空状态 ， 因此具有比较短的寿命 。
【真空绝热板坐火箭上天了！问天实验舱中的“保温小能手”是如何制备与应用的？】
③ 纤维型芯材：例如玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维 ， 具有质量低、高温稳定性好的特点 。 与泡沫类、粉末类芯材相比 ， 纤维类芯材制备的VIP导热系数最低 。 上图为纤维绝缘材料的简易模型 ， 一般具有叠层结构 ， 每层纤维层由多根长纤维搭接而成 ， 呈现多个角度 。 由于纤维一般是随机排列的 ， 所以纤维型芯材结构稳定性较差 。
④ 复合芯材：复合芯材通常指纤维基复合芯材 ， 该芯材以纤维材料作为骨架 ， 将不同尺寸的颗粒填充在纤维的孔隙空间中 ， 组成一个具有相对密实结构的芯材 。 这类新型复合芯材展现了比较优异的特性 ， 具有耐压强度高、抽真空后回弹性小、抗折强度高、抽真空时间短等优点 ， 能够融合单一芯材的优点并克服单一芯材的缺点 ， 满足不同使用场合和使用领域对于VIP的性能要求 。 上图为建筑用隔热纤维与隔热颗粒混杂复合芯材 。
▲ 不同芯材的VIP板导热系数对比
真空绝热板的发展与应用
真空绝热板是20世纪50年代发明的 。 早期的真空绝热板采用的芯材主要是粉状材料或纤维材料 ， 如珠光粉、粉状二氧化硅、粉状碳酸钙、活性炭、玻璃纤维等 。 粉状二氧化硅芯材真空绝热板隔热性能好、寿命长、综合性能较佳、技术成熟 ， 至今仍在生产和使用 。 其主要用于航空航天、医用保温箱等 ， 也用于民用制冷设备 ， 但这种真空绝热板价格高 ， 密度较大 ， 从而限制了其广泛使用 。
20世纪70年代 ， 真空绝热板的概念首先由美国NASA提出 ， 其设计的产品是以气相二氧化硅作为芯材 ， 将5cm厚的绝热板应用于标准15cm厚的墙体上 ， 达到R-70的热阻值 。 随后在人们发现冰箱用氟利昂对大气中臭氧层有消耗作用后 ， 冰箱节能技术的需求极大地促进了真空绝热板的研究和开发 。 以有机泡沫为芯材的真空绝热板的出现 ， 使其在医用保温箱、冰箱、冷冻箱和船用冷藏器材等领域得到大量应用 。
国内VIP板的研究始于21世纪初 ， 由于发展时间较短 ， 市场认知有限 ， 加之成本较高 ， 国内应用仍处于导入期 ， 其中约80%应用集中于冰箱冰柜等家电制造领域 。 2010年国内VIP板产量仅80万平米 ， 2015年达到1105万平米 ， 2018年国内VIP板板销量约2000万平米 ， 年复合增速约50% ， 产值达25亿元左右 。 2019年我国VIP企业数量20余家 ， 年产能5000万平方米 ， 实际销量约4000万平方米 ， 产值约40亿元 。
2010年以来 ， 我国南京航空航天大学成功研发了超细离心玻璃棉芯材真空绝热板 ， 初始导热系数低至1.5mW / (m·k) ， 在无吸气剂时寿命可达15年 ， 在吸气剂条件下 ， 寿命可达50年以上 ， 成为很多国外家电企业采购的首选产品 。
2015年9月 ， 第十二届国际真空绝热材料会议在南京航空航天大学科学馆举行 ， 全面展示了中国真空绝热板的技术和发展现状 ， 从此奠定了中国成为真空绝热板生产大国的地位 。
在航空航天领域 ， 除了前文提到的应用于问天实验舱低温实验保冷设备 ， 真空绝热板主要应用于飞行器的热防护系统（Thermal protection system ， TPS） ， 以解决气动加热问题 。 TPS是发展高超声速飞行器的关键性技术之一 ， 而开发新型隔热材料是TPS中最为实用的途径 。 TPS作为一种特殊结构的耐高温VIP ， 目前已被广泛应用于航天器防热结构 。
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