真空绝热板(Vacuum Insulation Panel,VIP)是近年来快速发展的一种新型绝热材料,是基于真空绝热原理通过最大限度地提高板内真空度,并通过多种措施以消除或弱化板内的热量传递使其传热量降至最低,成为目前导热系数最低的材料。VIP的隔热性能与芯材的孔结构相关,并会随着内部气压和水分含量的升高而衰弱。欧美和日韩等国在VIP的制造技术和性能测试技术方面十分成熟,使VIP在白色家电、建筑和交通运输等领域有了较广的应用。而我国的VIP产业起步较晚,技术基础薄弱,关键技术尚未完全攻克,需开展大量的基础性研究工作。本文以开发超级绝热、节能的国产高性能VIP为背景,重点研究制备工艺参数和原材料的成分与配比对芯材的微结构及其VIP的导热系数和抗老化性能的影响,旨在获得低导热系数、低回弹和低成本的VIP。本文以离心棉和火焰棉为原材料,采用配料、打浆、调浆、成型、烘干和裁切工艺制得玻璃棉芯材,通过优化棉纤维的配比与打浆转数实现芯材微结构的均匀化和高强度化,再通过降低芯材片的厚度并优化芯材片的片数和芯材的烘干条件与抽真空中的保压时间实现VIP的低导热系数化;以气相二氧化硅粉末、遮光剂、聚酯短切丝纤维和第二相隔热粉末为原材料,采用机械搅拌、缝合和压平工艺制得气相二氧化硅复合芯材,通过优化第二相隔热粉末的添加量使复合芯材中的大孔被第二相隔热粉末压缩,实现VIP的低回弹与导热系数稳定化。采用扫描电镜和透射电镜观察芯材的微结构,采用孔径与比表面积分析仪和压汞仪表征芯材的比表面积、孔隙率、平均孔径和孔隙分布,采用导热系数分析仪和快速检测仪测定VIP的导热系数,采用可程式恒温恒湿试验机对VIP进行老化,通过理论模型预测VIP的使用寿命。本文的创新性成果如下:(1)系统地开展了玻璃棉芯材的形成机制研究,探讨了离心棉与火焰棉的配比和打浆转数对玻璃棉浆料中纤维的分散性与成型性和玻璃棉芯材的微结构与拉伸强度的影响。结果表明,打浆可降低浆料中纤维的絮凝度,但过多的打浆会缩短棉纤维的长度。在离心棉中添加火焰棉虽然可降低玻璃棉芯材的平均孔径并使孔径分布更集中,但会降低芯材的形成速度。当离心棉与火焰棉的重量比为3:7,打浆转数为5000转时,玻璃棉芯材的拉伸强度为160 N/m,成毡质量最佳。(2)分析了玻璃棉芯材的传热与传质特性,研究了芯材片的厚度与片数和芯材的烘干条件与抽真空中的保压时间对玻璃棉VIP的导热系数的影响。结果表明,玻璃棉芯材的最佳烘干温度与时间为150℃和60 min。降低芯材片的厚度并保证抽真空中足够的保压时间是获得低导热系数VIP的关键。当保压时间为300 s时,由厚度为0.5 mm的芯材片构成的玻璃棉VIP的导热系数最低,为2.0 mW/(m·K)。(3)提出将聚酯纤维/多粒径粉末复合材料作为VIP芯材的新方案,研究了遮光剂和第二相隔热粉末的添加量对气相二氧化硅复合芯材的孔结构及其VIP的导热系数与回弹率的影响。结果表明,当炭黑的含量为3 wt.%时,VIP的导热系数最低且具有较好的抗老化性能。添加6~46 wt.%的稻壳灰和空心玻璃微珠可降低复合芯材的平均孔径并使孔径分布更集中。空心玻璃微珠的最佳添加量为6~26 wt.%,此时VIP的导热系数为5.3~7.2 mW/(m·K),回弹率为6~14%。稻壳灰的最佳添加量为26~36 wt.%,此时VIP的导热系数为5.5~6.2 mW/(m·K),回弹率为35~39%。(4)基于芯材的微/纳米孔结构特征,建立了气相热传导的小孔-大孔所占比理论模型,研究了芯材中大孔的孔径和大孔的比例对VIP的气相热传导的影响,并根据内部气压和水分含量对芯材的导热系数的影响预测了VIP的使用寿命。结果表明,在lg-lg坐标系下,VIP中可允许的最大内部气压与芯材中大孔的孔径存在线性关系。水分含量和内部气压分别对服役初期和服役后期的VIP的导热系数影响较大。稻壳灰/气相二氧化硅VIP的使用寿命为12~55年。含干燥剂的玻璃棉VIP的使用寿命为11~13年。降低芯材的孔径并减少芯材中大孔的比例是获得低导热系数、长寿命VIP的关键。