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。由于其比同規格常規玻璃鋼保溫廂板的導熱系數低，即使降低氣凝膠玻璃鋼保溫廂板部分厚度，依然能夠達到同規格的常規玻璃鋼保溫廂板的隔熱性能，實現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，實現節能降耗的目的。

在20世紀90年代初，國內的濟南考格爾、河南紅宇及河南冰熊三家冷藏車生產企業，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”產品技術與生產線。通過近30年的國產化，保溫廂體產品技術和工藝均達到成熟狀態，在結構和選材上基本已類同，目前國內85%的冷藏車企業均采用這種結構。為提高保溫性能，國內冷藏車企業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，冷藏車行業已將尋求導熱系數低、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品的發展方向。下面筆者介紹一款導熱系數低、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“固態煙”，是目前所發現的質量最輕、隔熱性能最好的固態保溫材料。具有納米多孔結構（ 1～100 nm）、低密度（280～450 kg/m3）、低導熱系數（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氣凝膠玻璃鋼板內壁/外壁和硬質聚氨酯的泡 板層在熱壓機內保溫保壓粘接制成導熱系數較低的SiO2氣凝膠保溫廂板H（圖2） 。

玻璃鋼板厚度與導熱系數計算

1.常規玻璃鋼板厚度計算（采用無填料結構）

根據常規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計算

根據氣凝膠玻璃鋼板導熱系數計算公式[3]：

式中，λc為常規玻璃鋼板導熱系數,參照玻璃鋼板行業常規取值[1]，為SiO2氣凝膠氈導熱系數，常規取值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.選用目前國內冷藏車行業常見的“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壓制粘接而成；

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

c.選取相同結構與規格保溫廂體的“常規玻璃鋼保溫廂板”和“氣凝膠玻璃鋼保溫廂板”導熱系數性能指標，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 常規玻璃鋼保溫廂板導熱系數計算

根據常規玻璃鋼保溫廂板導熱系數計算公式[3]：

式中，Hbc為常規玻璃鋼保溫廂板厚度，取輕型系列4.2m長保溫廂體的常規廂板厚度，為常規玻玻璃鋼保溫廂板內壁/外壁厚度，冷藏車行業常規范圍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，在密度為34～45kg/m3的情況下，冷藏車行業常規范圍為；δz為聚氨酯結構膠厚度，冷藏車行業常規取值0.4～0.6 mm，為聚氨酯結構膠導熱系數，常規為0.24～0.26

2.2 氣凝膠玻璃鋼保溫廂板導熱系數計算

根根據氣凝膠玻璃鋼保溫廂板導熱系數計算公式[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計算

根據氣凝膠玻璃鋼保溫廂體的總傳熱系數計算公式[6]：

式中，Afn為保溫廂板內表面自然對流放熱系數取為保溫廂板外表面強制對流放熱系數，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.其他系列車常規玻璃鋼保溫廂體的保溫廂板隔熱性能計算

3.1 常規玻璃鋼保溫廂板隔熱性能與載貨容積計算

將相關計算數據代入公式（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≤0.024W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數≤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≤0.023W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數≤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≤0.022W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數≤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≤0.022W/m·K，保溫廂體的總傳熱系數≤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“常規玻璃鋼保溫廂板”相同的導熱系數與傳熱系數，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、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比常規玻璃鋼板導熱系數低75%，在降低氣凝膠保溫廂板一定厚度的情況下，能夠滿足同規格的常規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，實現節能降耗目的。

目前在國內外還沒有將超級低導熱系數、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，能夠滿足同規格的常規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，實現節能降耗目的。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、優化及節能降耗，帶來了較好的研究方向。