專利名稱：一種隔熱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及隔熱結(jié)構(gòu)，更具體地說，涉及一種阻擋熱輻射而不妨礙濕汽傳遞的隔熱結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隔熱和防寒材料廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，例如用于減少介質(zhì)與其周圍環(huán)境之間熱傳遞的建筑物結(jié)構(gòu)、能源儲(chǔ)存設(shè)施、航空器以及防寒服裝。與各種不同的隔熱和防寒材料比較，如粉末隔熱材料、泡沫隔熱材料和真空板材料，纖維狀隔熱材料具有隔熱性強(qiáng)、重量輕、吸濕透汽性良好以及吸震能力強(qiáng)等方面優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)樗鼈兙哂袠O高的孔隙率，一般為 95%或以上(Tseng and Kuo, Thermal radiative properties of phenolic foam insulation， Journal of Quantitative Spectroscopy& Radiative Transfer， 72,349-359(2002)) 0在纖維狀隔熱材料中，熱量傳遞的機(jī)制主要涉及熱傳導(dǎo)和熱輻射 (Farnworth,Mechanisms of heat flow through clothing insulation,Textile Research Journal,53(12),717-725(1983))ο大量的工作表明在多孔纖維狀隔熱材料中，輻射熱傳遞是影響總熱通量的一個(gè)重要因素(例如 Farnworth(1983)，Wu et al. (2007), Du et al. (2007)) 為了減少輻射熱通量，一種可能是增加纖維狀隔熱材料的纖維體積分?jǐn)?shù)(或降低孔隙率)(見 Farnworth (1983) and Wu et al. O007))，或者引入密度高的薄膜作為夾層(Wu and Fan, Measurement of radiative thermal properties of thin polymer films by FTIR, Polymer Testing, 27 :122-1 Q008)。然而，這將導(dǎo)致熱傳導(dǎo)的通量的增加和透濕性的降低。當(dāng)在纖維狀隔熱材料(例如防寒服裝或睡袋)中有濕氣傳遞時(shí)，透濕性的降低將引起纖維隔熱材料中濕氣的積累和凝結(jié)，從而降低隔熱效果。因此，如何在減少輻射熱傳遞的同時(shí)，不增加傳導(dǎo)熱傳遞且不會(huì)妨礙濕汽傳輸，是目前面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。人們發(fā)現(xiàn)超細(xì)纖維、金屬或鍍金屬的纖維能減少熱輻射傳遞，這是因?yàn)槌?xì)纖維的表面積與體積之比較高，增加了對(duì)熱輻射的吸收效率，從而加強(qiáng)對(duì)輻射傳熱的阻擋。通過在纖維表面鍍金屬反射層，能增加輻射消光系數(shù)，可以進(jìn)一步提高這種對(duì)熱輻射的阻擋作用。此外，人們發(fā)現(xiàn)這種材料具有較高的透濕性(Gibson et al.，Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers, Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects, 187—188，469—48U2001))。然而，超細(xì)纖維的潛在問題是當(dāng)其單獨(dú)使用時(shí)強(qiáng)度較差。通常情況下，熱輻射的反射材料相對(duì)較重。因此，如果這種傳統(tǒng)的熱輻射反射材料被用作隔熱系統(tǒng)的夾層或者基底層時(shí)，將會(huì)造成不必要的大幅度增重。重量明顯增加在是大多數(shù)防寒系統(tǒng)，尤其是服裝、睡袋和飛機(jī)外殼中不希望出現(xiàn)的。此外，金屬制成的較厚的涂層也將大大降低水汽的滲透性能。當(dāng)在極度寒冷的環(huán)境下作為防寒服裝使用時(shí)，水汽將發(fā)生凝結(jié)，從而造成熱量損失大大增加。本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷和問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有隔熱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較差或相對(duì)較重的缺陷，提供一種阻擋熱輻射而不妨礙濕汽傳遞的隔熱結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型提供了一種隔熱結(jié)構(gòu)，包括至少一層纖維狀網(wǎng)，以及在每層所述纖維狀網(wǎng)上形成的紅外輻射反射涂層；其中，每層所述纖維狀網(wǎng)之間被粗纖維層分隔，所述粗纖維層的纖維體積分?jǐn)?shù)小于1 %，纖維直徑為20 35 μ m。在本實(shí)用新型所述的隔熱結(jié)構(gòu)中，所述纖維狀網(wǎng)為合成聚合物制成的超細(xì)纖維狀網(wǎng)，或者為由羊毛、羽絨、棉花、合成纖維材料或其組合制成的紡織面料的纖維狀網(wǎng)。在本實(shí)用新型所述的隔熱結(jié)構(gòu)中，所述超細(xì)纖維狀網(wǎng)中的纖維直徑為0.5 2 μ m，纖維體積分?jǐn)?shù)約為10%，厚度為100-200 μ m。所述超細(xì)纖維狀網(wǎng)為采用熔噴技術(shù)制成的纖維狀網(wǎng)。在本實(shí)用新型所述的隔熱結(jié)構(gòu)中，所述紅外輻射反射涂層為由鋁或者三氧化二鋁制成的涂層。所述紅外輻射反射涂層的厚度最好在IO-IOOnm之間。所述紅外輻射反射涂層可通過物理氣相沉積、磁控濺射、電弧等離子體沉積、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法在所述超細(xì)纖維狀網(wǎng)或紡織面料上形成。在本實(shí)用新型所述的隔熱結(jié)構(gòu)中，所述粗纖維層為由羊毛、羽絨、棉花、合成纖維材料或其組合制成的纖維層。本實(shí)用新型還提供了一種隔熱系統(tǒng)，采用如上所述的隔熱結(jié)構(gòu)制成。這些隔熱系統(tǒng)可以用于防寒服裝、睡袋、建筑物隔熱系統(tǒng)、電動(dòng)汽車隔熱系統(tǒng)和飛機(jī)外殼隔熱系統(tǒng)。實(shí)施本實(shí)用新型的隔熱結(jié)構(gòu)和隔熱系統(tǒng)，具有以下有益效果本實(shí)用新型通過采用由超細(xì)纖維狀網(wǎng)或者紡織面料制成的至少兩層纖維狀網(wǎng)，并在每層纖維狀網(wǎng)上形成紅外輻射反射涂層，同時(shí)在每層所述纖維狀網(wǎng)之間設(shè)置粗纖維層，保障了整體隔熱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度， 并且在阻擋熱輻射的同時(shí)不妨礙濕汽傳遞，提高了隔熱性能，而隔熱結(jié)構(gòu)的重量也相對(duì)較輕。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的隔熱結(jié)構(gòu)；圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的示例性隔熱結(jié)構(gòu)；圖3 (a)和3 (c)為不同放大倍數(shù)的對(duì)照樣本的SEM圖像；圖3(b)和圖3(d)為不同放大倍數(shù)的有涂層的超細(xì)纖維狀網(wǎng)的SEM圖像；圖4示出了對(duì)照樣本和有涂層的超細(xì)纖維狀網(wǎng)樣本的傅立葉變換紅外光譜 (FTIR)分析圖；圖5 (a)和圖5 (b)示出了對(duì)照樣本和有涂層的超細(xì)纖維狀網(wǎng)樣本的熱阻和濕阻分析圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的隔熱結(jié)構(gòu)。該隔熱結(jié)構(gòu)包括被粗纖維制成的纖維狀棉絮層分隔的兩層反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)101/103。每個(gè)反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)包括超細(xì)纖維狀網(wǎng)103和紅外輻射反射層101。該紅外輻射反射層101可直接涂在超細(xì)纖維狀網(wǎng)或纖維上。為了制作該反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)，首先制備一層超細(xì)纖維狀網(wǎng)。該超細(xì)纖維狀網(wǎng)可以通過對(duì)各種合成高分子材料使用熔噴技術(shù)獲得。例如，可以對(duì)高分子樹脂采用熔噴技術(shù)形成熔融體，并在模頭中將該熔融體擠出形成纖維。通常情況下，采用高速氣流吹制該纖維直至纖維脫離模孔。被擠出的纖維隨后被收集在一收集表面上，通過纖維自粘行為制成了非織造網(wǎng)。超細(xì)纖維狀網(wǎng)是由納米或微米尺度的超細(xì)纖維制成。超細(xì)纖維狀網(wǎng)形成后，以該超細(xì)纖維狀網(wǎng)為基底涂覆紅外輻射反射材料。紅外輻射反射層101可包含金屬(如鋁Al、銀Ag和金Au)，金屬氧化物(如氧化鋁Al2O3、二氧化鈦TiO2、氧化鋅SiO和二氧化鈰CeO2)，或者摻雜了摻雜物的金屬氧化物(該摻雜物可選自以下一組物質(zhì)氟、硼、鋁、鎵、鉈、銅和鐵)。紅外輻射反射材料可以通過物理氣相沉積、磁控濺射、電弧等離子體沉積、化學(xué)氣相沉積法和溶膠-凝膠法覆蓋在基底上。在另一個(gè)實(shí)施例中，超細(xì)纖維狀網(wǎng)是采用紡織面料層替代的。該紡織面料可以由羊毛、羽絨、棉花或合成纖維材料等制成。因此紅外輻射反射層如上所述覆蓋在所述的紡織面料上。圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的示例性隔熱結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，多個(gè)反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)210、220、230、240和250被疊放在一起，其中，每一層之間通過一層由粗纖維制成的纖維狀棉絮205隔開。每一層反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)含有如上所述的超細(xì)纖維狀網(wǎng) 203和紅外輻射反射層201。雖然圖2的實(shí)例示出了具有5層的隔熱結(jié)構(gòu)，但是也可以根據(jù)特定的應(yīng)用使用更多數(shù)量的反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)。例如，在寒冷的環(huán)境中，可使用更多的反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)作為夾層。在防寒服裝和睡袋的隔熱結(jié)構(gòu)中，可以增設(shè)一層或多層反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)或者一層反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)作為夾層。粗纖維層205是由羊毛、滌綸或其它合成纖維材料等制成的高孔隙率棉絮。兩層反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)之間的最佳距離(D)取決于反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)的體積分?jǐn)?shù)、纖維直徑和反射特性，以及粗纖維層205的體積分?jǐn)?shù)和纖維直徑。這可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬得到。根據(jù)香港理工大學(xué)進(jìn)行的研究工作表明，兩個(gè)反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)之間的最佳距離最好位于4-8mm之間。4_6mm的粗纖維層通常重量在每平方米20-100克之間。因此，這些隔熱結(jié)構(gòu)可以在極端寒冷氣候條件下使用，以增加耐熱輻射性能而不會(huì)導(dǎo)致不必要的重量增加，同時(shí)不會(huì)降低水汽滲透性能。它可用于例如防寒服裝或睡袋的物件的隔熱。另外，該隔熱結(jié)構(gòu)可用于建筑隔熱、汽車隔熱和航空應(yīng)用。在上述實(shí)施例中，超細(xì)纖維狀網(wǎng)中的纖維直徑通常在0.5 2μπι范圍內(nèi)，超細(xì)纖維狀網(wǎng)的纖維體積分?jǐn)?shù)約為10%，超細(xì)纖維狀網(wǎng)的厚度范圍根據(jù)特定應(yīng)用要求從大約 100 μ m到200 μ m。可以用紅外輻射反射層的厚度來控制特定應(yīng)用溫度下紅外輻射反射的百分?jǐn)?shù)，以及控制被涂覆的隔熱材料的重量增加。一般來說，IO-IOOnm的厚度范圍能有效地反射紅外輻射而不會(huì)明顯地增加重量。紅外輻射反射涂層的厚度最好在20到40nm之間。在上述實(shí)施例中，粗纖維層的纖維直徑通常介于20 35 μ m，粗纖維層的纖維體積分?jǐn)?shù)通常約為1%，一般略小于1%，粗纖維層的厚度約為5mm。圖3 (a)至3 (d)示出了對(duì)照樣本和有涂層的非織造樣本的掃描電子顯微鏡(SEM) 圖。對(duì)照樣本是指在涂覆紅外輻射反射材料之前的超細(xì)纖維狀網(wǎng)，有涂層的非織造樣本是指反射超細(xì)纖維狀網(wǎng)。圖3(a)和3(c)為不同放大倍數(shù)的對(duì)照樣本的SEM圖像；圖3(b)和圖3(d)為不同放大倍數(shù)的有涂層的超細(xì)纖維狀網(wǎng)的SEM圖像。圖3(d)中可以觀察到小顆粒，這些是紅外輻射反射材料(如金屬)。這些SEM圖像顯示，紅外輻射反射涂層不會(huì)影響超細(xì)纖維狀網(wǎng)的纖維結(jié)構(gòu)。紅外輻射反射材料只需覆蓋到超細(xì)纖維的表面上。圖4(a)示出了對(duì)照樣本和有涂層的超細(xì)纖維狀網(wǎng)的傅立葉變換紅外光譜(FTIR) 分析圖。從紅外光譜中可知，有涂層的樣本的廣譜透射率幾乎為零。有涂層的纖維的厚度為0. 22mm，而無涂層的纖維厚度為0. 16mm。圖5(a)示出了對(duì)照六層5毫米厚的棉絮之間夾有五層涂層超細(xì)纖維狀網(wǎng)組成的隔熱結(jié)構(gòu)，與僅由六層5毫米厚的棉絮組成的隔熱結(jié)構(gòu)的熱阻。圖5(b)示出了對(duì)照六層5 毫米厚的棉絮之間夾有五層涂層超細(xì)纖維狀網(wǎng)組成的隔熱結(jié)構(gòu)，與僅由六層5毫米厚的棉絮組成的隔熱結(jié)構(gòu)的濕阻。可以看到采用本技術(shù)熱阻增加了 45. 5%，但濕阻僅增加了 5%。本實(shí)用新型是根據(jù)特定實(shí)施例進(jìn)行描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本實(shí)用新型范圍時(shí)，可進(jìn)行各種變化和等同替換。此外，為適應(yīng)本實(shí)用新型技術(shù)的特定場(chǎng)合或材料，可對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行諸多修改而不脫離其保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型并不限于在此公開的特定實(shí)施例，而包括所有落入到權(quán)利要求保護(hù)范圍的實(shí)施例。
權(quán)利要求1.一種隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括至少一層纖維狀網(wǎng)，以及在每層所述纖維狀網(wǎng)上形成的紅外輻射反射涂層；其中，每層所述纖維狀網(wǎng)之間被粗纖維層分隔，所述粗纖維層的纖維體積分?jǐn)?shù)小于 1%，纖維直徑為20 35μπι。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述纖維狀網(wǎng)為合成聚合物制成的超細(xì)纖維狀網(wǎng)，或者為由羊毛、羽絨、棉花或合成纖維材料制成的紡織面料的纖維狀網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超細(xì)纖維狀網(wǎng)中的纖維直徑為 0. 5 2μπι，纖維體積分?jǐn)?shù)約為10%，厚度為100-200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超細(xì)纖維狀網(wǎng)為采用熔噴技術(shù)制成的纖維狀網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外輻射反射涂層為由鋁或者三氧化二鋁制成的涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外輻射反射涂層的厚度為 IO-IOOnm0
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外輻射反射涂層為通過物理氣相沉積、磁控濺射、電弧等離子體沉積、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法在所述超細(xì)纖維狀網(wǎng)或紡織面料上形成的涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的隔熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述粗纖維層為由羊毛、羽絨、棉花或合成纖維材料制成的纖維層。
9.一種隔熱系統(tǒng)，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的隔熱結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的隔熱系統(tǒng)，其特征在于，所述隔熱系統(tǒng)為防寒服裝、睡袋、建筑物隔熱系統(tǒng)、電動(dòng)汽車隔熱系統(tǒng)和飛機(jī)外殼隔熱系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種隔熱結(jié)構(gòu)，包括至少一層涂覆紅外輻射反射涂層的超細(xì)纖維狀網(wǎng)或者紡織面料構(gòu)成的纖維狀網(wǎng)以及一層粗纖維，所述較粗纖維層的纖維體積分?jǐn)?shù)小于1％，纖維直徑約為20～35μm。本實(shí)用新型提供的隔熱材料的強(qiáng)度相對(duì)較高，且在阻擋熱輻射的同時(shí)不妨礙濕汽傳遞，提高了隔熱性能，而隔熱結(jié)構(gòu)的重量也相對(duì)較輕，適用于防寒服裝、睡袋、建筑物隔熱系統(tǒng)、電動(dòng)汽車隔熱系統(tǒng)和航空隔熱系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F16L59/02GK202228854SQ201120324889
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者劉理璋, 范金土 申請(qǐng)人:盈保發(fā)展有限公司