氣凝膠絕熱材料在冷藏車保溫廂體中的應用探究

河南新飛專用汽車責任公司 任俊生

安徽江淮汽車輕卡銷售公司 任鵬遠

新鄉(xiāng)市原隆航空設備有限公司 文潤雙

河南駿通車輛有限公司 王江偉

冷藏車主要由汽車底盤、保溫廂體及制冷機組組成。保溫廂體的保溫廂板導熱系數(shù)越低，廂體的保溫性能越好。通過對SiO2氣凝膠超級絕熱材料的研究，制作出了含SiO2的氣凝膠玻璃鋼保溫廂板。由于其比同規(guī)格常規(guī)玻璃鋼保溫廂板的導熱系數(shù)低，即使降低氣凝膠玻璃鋼保溫廂板部分厚度，依然能夠達到同規(guī)格的常規(guī)玻璃鋼保溫廂板的隔熱性能，實現(xiàn)增加保溫廂體的容積、減輕自重目的。同時，在不增加保溫廂板厚度（即不減少保溫廂體容積）的情況下，能夠提高保溫廂板的隔熱性能，減少冷藏車制冷機組的工作時間，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

在20世紀90年代初，國內(nèi)的濟南考格爾、河南紅宇及河南冰熊三家冷藏車生產(chǎn)企業(yè)，先后從德國考格爾、意大利佛拉梅克及帕拉斯多克三家歐洲冷藏車企業(yè)引進了三種不同的“壓制粘接保溫廂板組裝式保溫廂體結構”產(chǎn)品技術與生產(chǎn)線。通過近30年的國產(chǎn)化，保溫廂體產(chǎn)品技術和工藝均達到成熟狀態(tài)，在結構和選材上基本已類同，目前國內(nèi)85%的冷藏車企業(yè)均采用這種結構。為提高保溫性能，國內(nèi)冷藏車企業(yè)往往采用增加保溫廂板厚度的方案，但這樣會導致保溫廂體裝載容積減少，因此，冷藏車行業(yè)已將尋求導熱系數(shù)低、自重輕及造價低的新保溫材料應用到廂體的保溫廂板中作為產(chǎn)品的發(fā)展方向。下面筆者介紹一款導熱系數(shù)低、自重輕的超級隔熱材料SiO2氣凝膠氈，可應用于冷藏車廂體的保溫廂板中。

氣凝膠特性

SiO2氣凝膠 99%是由氣體構成，外觀呈半透明淡藍色，看起來像云一樣的“固態(tài)煙”，是目前所發(fā)現(xiàn)的質量最輕、隔熱性能最好的固態(tài)保溫材料。具有納米多孔結構（ 1～100 nm）、低密度（280～450 kg/m3）、低導熱系數(shù)（0.013～0.018W/mK ）、高孔隙率（80%～99%）、高比表面積（200～1000m2）等其他隔熱材料不可比擬的優(yōu)越性（圖1）。

圖1 SiO2氣凝膠實物照片

1.氣凝膠玻璃鋼板制作

SiO2氣凝膠與短切玻璃纖維的主要成分均為二氧化硅。采用常規(guī)玻璃鋼板制工藝，將膠衣樹脂膠層、短切玻璃纖維氈與聚酯不飽和樹脂膠層及SiO2氣凝膠氈與聚酯不飽和樹脂膠層，三者復合制成SiO2氣凝膠玻璃鋼,作為保溫廂板內(nèi)壁/外壁。

SiO2氣凝膠氈為水溶性與聚酯不飽和樹脂膠液有很好相容性，保證玻璃鋼板各層的粘接強度，短切玻璃纖維氈，保證SiO2氣凝膠玻璃鋼板力學性能（圖2）。

圖2 SiO2氣凝膠玻璃鋼與保溫廂板斷面圖

2.氣凝膠玻璃鋼保溫廂板制作

采用聚氨酯結構膠層，將SiO2氣凝膠玻璃鋼板內(nèi)壁/外壁和硬質聚氨酯的泡 板層在熱壓機內(nèi)保溫保壓粘接制成導熱系數(shù)較低的SiO2氣凝膠保溫廂板H（圖2） 。

玻璃鋼板厚度與導熱系數(shù)計算

1.常規(guī)玻璃鋼板厚度計算（采用無填料結構）

根據(jù)常規(guī)玻璃鋼板厚度計算公式[1]：

2．氣凝膠玻璃鋼板厚度計算[1]（采用無填料結構）

根據(jù)氣凝膠玻璃鋼板厚度計算公式：

3.氣凝膠玻璃鋼板導熱系數(shù)計算

根據(jù)氣凝膠玻璃鋼板導熱系數(shù)計算公式[3]：

式中，λc為常規(guī)玻璃鋼板導熱系數(shù),參照玻璃鋼板行業(yè)常規(guī)取值[1]，為SiO2氣凝膠氈導熱系數(shù)，常規(guī)取值0.013～0.018 W/m·K[2]，λs=0.015 W/m·K。

氣凝膠玻璃鋼保溫廂板隔熱性能計算

1．計算方法與目的

a.選用目前國內(nèi)冷藏車行業(yè)常見的“壓制粘接保溫廂板組裝式保溫廂體結構”，即保溫廂體的保溫廂板內(nèi)壁/外壁為玻璃鋼板、保溫層為硬質聚氨酯泡沫板、骨架為玻璃鋼型材和木質板條及金屬型材、粘接用膠為聚酯不飽和樹脂膠或聚氨酯結構膠，制作工藝為在熱壓機內(nèi)壓制粘接而成；

b. 分別選用“常規(guī)玻璃鋼板”或“氣凝膠玻璃鋼板”作為保溫廂板的內(nèi)壁/外壁，制作成“常規(guī)玻璃鋼保溫廂板”或“氣凝膠玻璃鋼保溫廂板”，均忽略骨架因素進行計算；

c.選取相同結構與規(guī)格保溫廂體的“常規(guī)玻璃鋼保溫廂板”和“氣凝膠玻璃鋼保溫廂板”導熱系數(shù)性能指標，減少氣凝膠玻璃鋼保溫廂板厚度，達到增加保溫廂體載貨容積和降低自重的目的；

d.按照國內(nèi)常用冷藏車的保溫廂體長度分類計算：微型系列車保溫廂體長度≤3000mm；輕型系列車保溫廂體長度3200～4200mm；中重型系列車保溫廂體長度5200～9600mm；半掛系列車保溫廂體長度≥13500mm。

圖3 氣凝膠保溫廂板的導熱系數(shù)及粘接剪切強度檢測報告

2.輕型系列車玻璃鋼保溫廂體的保溫廂板隔熱性能計算

2.1 常規(guī)玻璃鋼保溫廂板導熱系數(shù)計算

根據(jù)常規(guī)玻璃鋼保溫廂板導熱系數(shù)計算公式[3]：

式中，Hbc為常規(guī)玻璃鋼保溫廂板厚度，取輕型系列4.2m長保溫廂體的常規(guī)廂板厚度，為常規(guī)玻玻璃鋼保溫廂板內(nèi)壁/外壁厚度，冷藏車行業(yè)常規(guī)范圍2～為硬質聚氨酯泡沫厚度，按所選Hbc計 算得出；λb為硬質聚氨酯泡沫導熱

系數(shù)，在密度為34～45kg/m3的情況下，冷藏車行業(yè)常規(guī)范圍為；δz為聚氨酯結構膠厚度，冷藏車行業(yè)常規(guī)取值0.4～0.6 mm，為聚氨酯結構膠導熱系數(shù)，常規(guī)為0.24～0.26

2.2 氣凝膠玻璃鋼保溫廂板導熱系數(shù)計算

根根據(jù)氣凝膠玻璃鋼保溫廂板導熱系數(shù)計算公式[3]：

式中，Hbs為SiO2氣凝膠保溫廂板厚，Hbs=60mm，比4.2m長保溫廂體的常規(guī)廂板厚少15mm；δb2為硬質聚氨酯泡沫保溫層厚度，δb2=54mm，按所選Hbs計算得出。

2.3 氣凝膠玻璃鋼保溫廂體的總傳熱系數(shù)計算

根據(jù)氣凝膠玻璃鋼保溫廂體的總傳熱系數(shù)計算公式[6]：

式中，Afn為保溫廂板內(nèi)表面自然對流放熱系數(shù)取為保溫廂板外表面強制對流放熱系數(shù)，取

計算可得，Kbs=0.35W/m2·K，滿足國家冷藏車GB29753標準對隔熱性能Ⅰ級≤0.4W/m2·K的要求[7]。

3.其他系列車常規(guī)玻璃鋼保溫廂體的保溫廂板隔熱性能計算

3.1 常規(guī)玻璃鋼保溫廂板隔熱性能與載貨容積計算

將相關計算數(shù)據(jù)代入公式（6）與公式（8）進行計算，分別得出如下結果：

a.微型系列廂體外尺寸≤3000mm×1660mm×1700mm；底廂板厚度75mm，其余廂板厚度55mm；容積≤7.0m3，保溫廂板的導熱系數(shù)≤0.024W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數(shù)≤0.4W/m2·K；

b.輕型系列廂體外尺寸(3200～4200)mm×2050mm×2150mm；底廂板厚度95mm，其余廂板厚度75mm；容積11.5～15.2m3，保溫廂板的導熱系數(shù)≤0.023W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數(shù)≤0.35W/m2·K；

c.中重型系列廂體外尺寸(5200～9600)mm×2600 mm×2650mm；底板厚度100mm,其余廂板厚100mm；容積29.4～55.3m3，保溫廂板的導熱系數(shù)≤0.022W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數(shù)≤0.24W/m2·K；

d.半掛系列廂體外尺寸≥13500mm×2600 mm×2650mm；底廂板厚100mm，其余廂板厚度100mm；容積≥78.2m3，保溫廂板的導熱系數(shù)≤0.022W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數(shù)≤0.24W/m2。

3.2 氣凝膠玻璃鋼保溫廂板隔熱性能與載貨容積計算

選擇與“常規(guī)玻璃鋼保溫廂板”相同的導熱系數(shù)與傳熱系數(shù)，降低“氣凝膠玻璃鋼保溫廂板”的厚度進行計算，達到在不降低保溫廂板隔熱性能前提下，增加組成的保溫廂體載貨容積效果。

a.微型系列：氣凝膠玻璃鋼保溫廂板厚度平均減少10mm，組成的保溫廂體容積增加≥0.2m3；

b.輕型系列：氣凝膠玻璃鋼保溫廂板厚度平均減少15mm，組成的保溫廂體容積增加≥0.5m3；

c.中重型系列：氣凝膠玻璃鋼保溫廂板厚度平均減少15mm，組成的保溫廂體容積增加≥1.0m3；

d.半掛系列：氣凝膠玻璃鋼保溫廂板厚度平均減少15mm，組成的保溫廂體容積增加≥2.0m3。

結語

通過以上論述與計算，結合導熱系數(shù)及粘接剪切強度的第三方檢測報告，證明將超級低導熱系數(shù)、自重輕的SiO2氣凝膠氈的絕熱保溫材料，應用于冷藏車保溫廂體的保溫廂板上是可行的(圖3)。由于氣凝膠玻璃鋼板導熱系數(shù)比常規(guī)玻璃鋼板導熱系數(shù)低75%，在降低氣凝膠保溫廂板一定厚度的情況下，能夠滿足同規(guī)格的常規(guī)玻璃鋼保溫廂板的隔熱性能，達到增加保溫廂體的容積、減輕保溫廂體自重的目的；且在不增加保溫廂板厚度（即不減少保溫廂體容積）的情況下，能夠提高保溫廂板的隔熱性能，降低冷藏車制冷機組的工作頻率，實現(xiàn)節(jié)能降耗目的。

目前在國內(nèi)外還沒有將超級低導熱系數(shù)、自重輕的SiO2氣凝膠氈的絕熱保氣凝膠保溫廂板一定厚度的情況下，能夠滿足同規(guī)格的常規(guī)玻璃鋼保溫廂板的隔熱性能，達到增加保溫廂體的容積、減輕保溫廂體自重的目的；且在不增加保溫廂板厚度（即不減少保溫廂體容積）的情況下，能夠提高保溫廂板的隔熱性能，降低冷藏車制冷機組的工作頻率，實現(xiàn)節(jié)能降耗目的。溫材料應用于冷藏車保溫廂體的保溫廂板案例。作者通過氣凝膠保溫廂板的制作與檢測，認為理論上是可行的，但還存在著SiO2氣凝膠玻璃鋼板制作的某些工藝問題需要進步探究，為冷藏車保溫廂體的新材料應用、優(yōu)化及節(jié)能降耗，帶來了較好的研究方向。