真空绝热板(Vacuum Insulation Panel,VIP)基于真空绝热原理,通过最大限度提高板内真空度并填充多孔低热导率材料而实现高效绝热,是目前公认的导热系数最低的绝热材料。本文目标是制备导热系数小于1.5mW/(m·K)的VIP,并降低芯材的孔径以延长玻璃纤维VIP的使用寿命。本文针对超低导热系数VIP绝热机理及其影响因素进行深入实验研究,主要以离心法超细玻璃纤维为原料,在干法、湿法两种不同的芯材成型工艺下,研究了纤维状态对VIP固相热传导和服役寿命的影响机理。为了实现低导热、低热桥、长寿命的效果,设计了以超细玻璃纤维芯材、金属化树脂复合薄膜、多组分混合的吸气剂为主体结构的VIP,并对其老化性能和寿命预测做出深入研究。本文采用超细离心纤维制备真空绝热板干法芯材,建立了干法成型工艺中纤维直径、面密度、芯材孔径三者的交互影响体系,并研究离心棉毡热压处理参数对干法芯材物理性能的影响,通过控制纤维化和热压工艺参数,获取具有稳定结构、高压缩率、小孔径的干法芯材。另外,本文采用超细离心纤维制备真空绝热板湿法芯材,深入研究湿法成型的工艺过程,揭示了超细纤维浆料的分散和悬浮机制,通过立式浆料抽取的方法,实现浆料分层效果,辅以多级负压成型工艺,制备具有分层结构、稳定纤维排向、小孔径的湿法芯材。本文提出了温度和孔径因素影响真空绝热板使用寿命的观点,揭示了温度对真空绝热板劣化因子影响规律,提出了真空绝热板寿命预测的方法。实验室导热系数已低至1.35mW/(m·K),处于目前国际领先水平。本文主要创新型成果如下:(1)玻璃液流量和离心盘转速是影响纤维直径的重要因素,随着玻璃液流量的减小纤维直径呈现非线性规律的降低,当离心盘转速在2700rpm~3500rpm时,纤维细度和稳定性最优。研究表明,纤维长度为10mm~40mm时,随着棉毡面密度的增加,芯材排向角减小,当面密度达到2000g/m~2,排向角衰减加剧。导向气流角度和面密度是影响棉毡棉分布的两个重要因素,平面导向角为40°~60°时,棉分布最优;当棉毡面密度为1400g/m~2~1600g/m~2时,棉重量分布可控制在±15%以内,制备的VIP厚度均匀性最好。干法芯材热压中,当温度为500±25℃,压力为0.2MPa~0.5MPa,纤维完整性和压缩率综合性能最优。(2)使用高速气流打浆代替传统的旋片打浆工艺,降低了外力对纤维的破坏和损伤,浆料中纤维完整性保留地较好,同等打浆时间条件下,纤维长度衰减度可降低50%,纤维粉化率可降低2~5倍。创新性使用立体式分段抽取方法,获取了梯度分层浆料,形成粉化浆料区、团聚浆料区、分散浆料区,突破芯材成型过程中粉化纤维和团聚纤维混入的技术难题。利用多级负压脱水的方法,制备了具有多单元层结构的湿法芯材,实现了自分层效果。当真空负压为0.6MPa,成型速度为60m/s时,制备出平均纤维排向角为73.15°的湿法芯材,更接近90°,有效减少了芯材中的热桥效应。随着纤维直径的降低,芯材的平均孔径降低并且孔径大小分布更集中,有利于降低导热系数。(3)纤维直径对VIP的初期导热系数影响作用明显,随着纤维直径的增大,VIP导热系数逐渐升高,纤维直径在2.0μm~7.0μm区间内呈三次多项式的关系。纤维直径的增大,VIP内芯材孔径增大,真空绝热板随内压的升高导热系数上升速度越快;同时同等质量的芯材纤维含量减小,抵抗压缩的能力下降,表现出VIP的密度随纤维直径的增大而变大的规律。(4)VIP有效导热系数受膜材结构影响明显,铝箔型膜材因其含有7μm厚的铝箔层,制备的VIP有效导热系数显著高于涂层型膜材VIP。VIP热桥效应还受尺寸影响,VIP尺寸越大热桥效应越小。膜材热封强度大小主要影响VIP的密封性,热封强度越大密封性越好,长期导热系数性能表现越出色;当强度过低时,封口区域可能出现“虚焊”现象,密封性降低,导热系数劣化速度快。在VIP中,芯材和膜材真空环境下会出现放气现象,并且膜材的放气量更大、气体种类更复杂。吸气剂能吸收来自于VIP内部放气和外部渗入的气体,使用多组分吸气剂能够有效地抑制VIP板内气压的升高,且抑制效果明显优于CaO吸气剂。(5)VIP老化性能受环境条件影响明显,高温高湿环境下,其劣化速度较快,冷冻环境下劣化速度极慢;VIP芯材的孔径大小也是影响老化性能的关键因素,孔径越大,同等条件下劣化速度越快,当孔径在30μm~50μm区间内变化时,劣化速率的变化最为明显。对于组成和结构固定的VIP,不同使用温度环境,其每年的导热系数劣化值是不同的,该数值与环境温度呈指数关系,通过计算劣化因子的方法,可以对VIP在不同使用温度条件下的寿命进行预测。本文创新点如下:(1)发现了纤维排向角对真空绝热板导热系数的影响规律,拍向角越大,芯材中跃层纤维含量越低,芯材中固相热传导的热桥效应越低,有效地延长热量沿玻璃纤维传导的总行程,从而实现降低真空绝热板导热系数的效果。(2)发现了纤维直径对真空绝热板物理性能和老化性能的影响机理,当气体渗入真空绝热板内,对流传热趋于明显,纤维直径越小,抑制气体对流传热的能力越强,导热系数劣化越慢,相同的服役周期内,纤维直径越小,真空绝热板导热系数劣化越慢。(3)发明了气流打浆方法,浆料中纤维长度保留地较好,大幅降低了芯材中粉化和团聚纤维的含量,攻克了芯材成型过程中粉化纤维和团聚纤维混入的技术难题,减少了纤维间的搭接和填充,有效地降低真空绝热板的导热系数。