Теплоизоляционное изделие и способ его изготовления

Теплоизоляционное изделие и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области создания теплоизоляционных материалов, используемых для теплоизоляции дома, палаток, теплиц, холодильных камер, трубопроводов, одежды, обуви и т.п.

Широко известны конструкции теплоизоляционных материалов, использующих воздух в качестве среды, обладающей низким коэффициентом теплопроводности. Недостатком этих конструкций является недостаточно высокая степень теплозащиты из-за наличия потерь тепла вследствие механизма конвекции и присутствия в структуре материала влаги. Из-за проникновения влаги с течением времени теплоизоляционные свойства материалов постепенно ухудшаются.

Высокими теплоизоляционными свойствами обладают конструкции типа термос, где используется оболочка из стекла или металла, содержащая внутри оболочки вакуум. Недостатком известной конструкции является необходимость для противодействия внешнему давлению использовать только жесткие, выпуклые конструкции теплоизоляционного изделия в форме цилиндра или сферы, что затрудняет создание сравнительно большого полезного объема, например, при сооружении дома или холодильных камер.

В качестве прототипа выбрана конструкция теплоизоляционного изделия в форме мешка, содержащего жесткий пластмассовый или неорганический пеноматериал, измельченный до порошка, и покрывающую фольгу, которая вакуумирована до давления 0,76 мм рт.ст. и герметично сварена по периметру мешка (см. патент РФ №2156914, кл. F16L 59/06).

Недостатком прототипа является недостаточная механическая прочность и надежность герметизации оболочки. Достаточно образоваться одной малейшей трещине, что ведет к безвозвратной потере вакуума и многократного ухудшения теплоизолирующих свойств изделия.

Задачей предлагаемого изобретения является создание теплоизоляционных изделий, обладающих повышенной надежностью и сроком службы, а также расширение областей использования вакуумной теплоизоляции.

Предлагаемая конструкция теплоизоляционного изделия лишена вышеуказанных недостатков.

Указанный результат достигается тем, что в теплоизоляционном изделии, содержащем подложку из неорганического или органического материала, в том числе тканого, с покрытием, по меньшей мере, на одной стороне, в качестве сплошного покрытия используют вакуумированные полые частицы размером 0,01-1 мм из стекла или керамики с давлением газа внутри полости не более 1 мм рт.ст., погруженные в связующее из материала с низкой теплопроводностью.

Другим отличием теплоизоляционного изделия является то, что связующее состоит из термопластичного материала подложки.

Еще одним отличием является то, что используют, по меньшей мере, два слоя подложки с покрытием, расположенным между ними.

Вышеуказанный результат достигается также тем, что при изготовлении теплоизоляционного изделия вакуумированные частицы наносят на подложку из термопластичного материала, нагревают подложку до размягчения и вдавливают частицы в подложку.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 представлены поперечные сечения отдельных участков разных теплоизоляционных изделий. На фиг.1 теплоизоляционное изделие состоит из подложки 1, на которую с одной или двух сторон нанесено сплошным слоем покрытие 2. Подложка 1 может состоять из любого жесткого, в том числе пористого или эластичного материала, например, ткань, войлок, пленка и т.п. Покрытие 2 содержит вакуумированные полые частицы 3 размером 0,01-1 мм из стекла или керамики с давлением газа внутри полости частиц не выше 1 мм рт.ст. Выбор величины давления газа внутри частиц обеспечивает условие, когда свободная длина пробега молекул газа в полости частиц оказывается меньше внутреннего размера полости. В этом случае коэффициент теплопроводности частиц будет в десятки раз меньше теплопроводности воздуха, что ведет к существенному улучшению характеристик теплоизоляционных изделий.

Как показано на фиг.1, вакуумированные частицы 3 погружены в связующий материал 4, обеспечивающий хорошую адгезию с подложкой 1 и между частицами 3. В случае подложки 1 из тканого материала связующее 4 проникает в промежуток между нитями ткани, улучшая прочность покрытия 2. Наиболее высокая прочность покрытия 2 получается при использовании в качестве подложки 1 термопластичного материала, например полиэтилена, верхний слой которого может выполнять функции связующего 4.

На фиг.2 теплоизоляционное изделие состоит из двух подложек 1, между которыми расположено покрытие 2, надежно защищенное от внешних воздействий материалом подложки. Для улучшения теплоизоляции число слоев подложек может быть больше двух.

Покрытие может быть изготовлено путем приготовление жидкой суспензии вакуумированных частиц с добавкой связующего материала, нанесения этой суспензии на поверхность подложки пульверизацией, кистью или валиком и последующей сушки, а в случае использования для связующего термопластичного материала используется нагрев до температуры размягчения. Можно наносить покрытие на разогретую подложку подобно методике порошковой покраски, где в порошке смешаны вакуумированные частицы с частицами связующего из термопластичного материала.

Высококачественное, устойчивое во времени покрытие получается при использовании в качестве подложки термопластичного материала, на которую наносят вакуумированные частицы, нагревают подложку и вдавливают частицы в подложку.

Предлагаемое термоизоляционное изделие отличается малым удельным весом (около 0,5 г/см³) и низким коэффициентом теплопроводности на уровне 0,001 м·°С/Вт. При толщине покрытия из вакуумированных частиц в 0,4 мм сопротивление теплопередачи составляет 0,4 Вт/м²·°С, что равноценно сопротивлению теплопередачи стены из дерева толщиной 75 см, а кирпича 280 мм.

Подложки из пластиковой пленки или ткани сохраняют свою эластичность и низкий вес и после нанесения покрытия.

Структуры из нескольких слоев подложки с прослойками из вакуумированных частиц обладают повышенными теплоизоляционными свойствами и большим сроком службы.

Малые размеры вакуумированных частиц позволяют практически сохранять теплоизоляционные свойства изделия при локальном повреждении отдельных участков покрытия в случае, например, ударного воздействия.

Указанные достоинства позволяют широко использовать подобные теплоизоляционные изделия в самых разных областях. Из ткани и пленок с предлагаемым покрытием можно делать, например, легкую и теплую одежду, обувь, в том числе обувные стельки, оболочку палаток, спальные мешки, оболочки воздушных шаров для снижения расхода газового топлива, теплоизоляцию стен, пола и потолка зданий, теплиц, холодильных камер, специальные костюмы для водолазов, пожарных и космонавтов. Предлагаемое теплосберегающее покрытие целесообразно наносить на крышки кастрюль, чайников и других бытовых приборов, а также на поверхность традиционных строительных материалов, что существенно повысит их теплоизоляционные свойства и обеспечит экономию энергии.

1. Теплоизоляционное изделие, включающее подложку из неорганического или органического материала, в том числе тканого, с покрытием, по меньшей мере, на одной стороне, отличающееся тем, что в качестве сплошного покрытия используют вакуумированные полые частицы размером 0,01-1 мм из стекла или керамики с давлением газа внутри полости не более 1 мм рт.ст., погруженные в связующее из теплоизоляционного материала.

2. Теплоизоляционное изделие по п.1, отличающееся тем, что связующее состоит из термопластичного материала подложки.

3. Теплоизоляционное изделие по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что используют, по меньшей мере, два слоя подложки с покрытием, расположенным между ними.

4. Способ изготовления теплоизоляционного изделия по п.1, отличающийся тем, что вакуумированные частицы наносят на подложку из термопластичного материала, нагревают подложку до размягчения и вдавливают частицы в подложку.