气凝胶绝热材料在冷藏车保温厢体中的应用探究

河南新飞专用汽车责任公司 任俊生

安徽江淮汽车轻卡销售公司 任鹏远

新乡市原隆航空设备有限公司 文润双

河南骏通车辆有限公司 王江伟

冷藏车主要由汽车底盘、保温厢体及制冷机组组成。保温厢体的保温厢板导热系数越低，厢体的保温性能越好。通过对SiO2气凝胶超级绝热材料的研究，制作出了含SiO2的气凝胶玻璃钢保温厢板。由于其比同规格常规玻璃钢保温厢板的导热系数低，即使降低气凝胶玻璃钢保温厢板部分厚度，依然能够达到同规格的常规玻璃钢保温厢板的隔热性能，实现增加保温厢体的容积、减轻自重目的。同时，在不增加保温厢板厚度（即不减少保温厢体容积）的情况下，能够提高保温厢板的隔热性能，减少冷藏车制冷机组的工作时间，实现节能降耗的目的。

在20世纪90年代初，国内的济南考格尔、河南红宇及河南冰熊三家冷藏车生产企业，先后从德国考格尔、意大利佛拉梅克及帕拉斯多克三家欧洲冷藏车企业引进了三种不同的“压制粘接保温厢板组装式保温厢体结构”产品技术与生产线。通过近30年的国产化，保温厢体产品技术和工艺均达到成熟状态，在结构和选材上基本已类同，目前国内85%的冷藏车企业均采用这种结构。为提高保温性能，国内冷藏车企业往往采用增加保温厢板厚度的方案，但这样会导致保温厢体装载容积减少，因此，冷藏车行业已将寻求导热系数低、自重轻及造价低的新保温材料应用到厢体的保温厢板中作为产品的发展方向。下面笔者介绍一款导热系数低、自重轻的超级隔热材料SiO2气凝胶毡，可应用于冷藏车厢体的保温厢板中。

气凝胶特性

SiO2气凝胶 99%是由气体构成，外观呈半透明淡蓝色，看起来像云一样的“固态烟”，是目前所发现的质量最轻、隔热性能最好的固态保温材料。具有纳米多孔结构（ 1～100 nm）、低密度（280～450 kg/m3）、低导热系数（0.013～0.018W/mK ）、高孔隙率（80%～99%）、高比表面积（200～1000m2）等其他隔热材料不可比拟的优越性（图1）。

图1 SiO2气凝胶实物照片

1.气凝胶玻璃钢板制作

SiO2气凝胶与短切玻璃纤维的主要成分均为二氧化硅。采用常规玻璃钢板制工艺，将胶衣树脂胶层、短切玻璃纤维毡与聚酯不饱和树脂胶层及SiO2气凝胶毡与聚酯不饱和树脂胶层，三者复合制成SiO2气凝胶玻璃钢,作为保温厢板内壁/外壁。

SiO2气凝胶毡为水溶性与聚酯不饱和树脂胶液有很好相容性，保证玻璃钢板各层的粘接强度，短切玻璃纤维毡，保证SiO2气凝胶玻璃钢板力学性能（图2）。

图2 SiO2气凝胶玻璃钢与保温厢板断面图

2.气凝胶玻璃钢保温厢板制作

采用聚氨酯结构胶层，将SiO2气凝胶玻璃钢板内壁/外壁和硬质聚氨酯的泡 板层在热压机内保温保压粘接制成导热系数较低的SiO2气凝胶保温厢板H（图2） 。

玻璃钢板厚度与导热系数计算

1.常规玻璃钢板厚度计算（采用无填料结构）

根据常规玻璃钢板厚度计算公式[1]：

2．气凝胶玻璃钢板厚度计算[1]（采用无填料结构）

根据气凝胶玻璃钢板厚度计算公式：

3.气凝胶玻璃钢板导热系数计算

根据气凝胶玻璃钢板导热系数计算公式[3]：

式中，λc为常规玻璃钢板导热系数,参照玻璃钢板行业常规取值[1]，为SiO2气凝胶毡导热系数，常规取值0.013～0.018 W/m·K[2]，λs=0.015 W/m·K。

气凝胶玻璃钢保温厢板隔热性能计算

1．计算方法与目的

a.选用目前国内冷藏车行业常见的“压制粘接保温厢板组装式保温厢体结构”，即保温厢体的保温厢板内壁/外壁为玻璃钢板、保温层为硬质聚氨酯泡沫板、骨架为玻璃钢型材和木质板条及金属型材、粘接用胶为聚酯不饱和树脂胶或聚氨酯结构胶，制作工艺为在热压机内压制粘接而成；

b. 分别选用“常规玻璃钢板”或“气凝胶玻璃钢板”作为保温厢板的内壁/外壁，制作成“常规玻璃钢保温厢板”或“气凝胶玻璃钢保温厢板”，均忽略骨架因素进行计算；

c.选取相同结构与规格保温厢体的“常规玻璃钢保温厢板”和“气凝胶玻璃钢保温厢板”导热系数性能指标，减少气凝胶玻璃钢保温厢板厚度，达到增加保温厢体载货容积和降低自重的目的；

d.按照国内常用冷藏车的保温厢体长度分类计算：微型系列车保温厢体长度≤3000mm；轻型系列车保温厢体长度3200～4200mm；中重型系列车保温厢体长度5200～9600mm；半挂系列车保温厢体长度≥13500mm。

图3 气凝胶保温厢板的导热系数及粘接剪切强度检测报告

2.轻型系列车玻璃钢保温厢体的保温厢板隔热性能计算

2.1 常规玻璃钢保温厢板导热系数计算

根据常规玻璃钢保温厢板导热系数计算公式[3]：

式中，Hbc为常规玻璃钢保温厢板厚度，取轻型系列4.2m长保温厢体的常规厢板厚度，为常规玻玻璃钢保温厢板内壁/外壁厚度，冷藏车行业常规范围2～为硬质聚氨酯泡沫厚度，按所选Hbc计 算得出；λb为硬质聚氨酯泡沫导热

系数，在密度为34～45kg/m3的情况下，冷藏车行业常规范围为；δz为聚氨酯结构胶厚度，冷藏车行业常规取值0.4～0.6 mm，为聚氨酯结构胶导热系数，常规为0.24～0.26

2.2 气凝胶玻璃钢保温厢板导热系数计算

根根据气凝胶玻璃钢保温厢板导热系数计算公式[3]：

式中，Hbs为SiO2气凝胶保温厢板厚，Hbs=60mm，比4.2m长保温厢体的常规厢板厚少15mm；δb2为硬质聚氨酯泡沫保温层厚度，δb2=54mm，按所选Hbs计算得出。

2.3 气凝胶玻璃钢保温厢体的总传热系数计算

根据气凝胶玻璃钢保温厢体的总传热系数计算公式[6]：

式中，Afn为保温厢板内表面自然对流放热系数取为保温厢板外表面强制对流放热系数，取

计算可得，Kbs=0.35W/m2·K，满足国家冷藏车GB29753标准对隔热性能Ⅰ级≤0.4W/m2·K的要求[7]。

3.其他系列车常规玻璃钢保温厢体的保温厢板隔热性能计算

3.1 常规玻璃钢保温厢板隔热性能与载货容积计算

将相关计算数据代入公式（6）与公式（8）进行计算，分别得出如下结果：

a.微型系列厢体外尺寸≤3000mm×1660mm×1700mm；底厢板厚度75mm，其余厢板厚度55mm；容积≤7.0m3，保温厢板的导热系数≤0.024W/m·K，保温厢体的总传热系数≤0.4W/m2·K；

b.轻型系列厢体外尺寸(3200～4200)mm×2050mm×2150mm；底厢板厚度95mm，其余厢板厚度75mm；容积11.5～15.2m3，保温厢板的导热系数≤0.023W/m·K，保温厢体的总传热系数≤0.35W/m2·K；

c.中重型系列厢体外尺寸(5200～9600)mm×2600 mm×2650mm；底板厚度100mm,其余厢板厚100mm；容积29.4～55.3m3，保温厢板的导热系数≤0.022W/m·K，保温厢体的总传热系数≤0.24W/m2·K；

d.半挂系列厢体外尺寸≥13500mm×2600 mm×2650mm；底厢板厚100mm，其余厢板厚度100mm；容积≥78.2m3，保温厢板的导热系数≤0.022W/m·K，保温厢体的总传热系数≤0.24W/m2。

3.2 气凝胶玻璃钢保温厢板隔热性能与载货容积计算

选择与“常规玻璃钢保温厢板”相同的导热系数与传热系数，降低“气凝胶玻璃钢保温厢板”的厚度进行计算，达到在不降低保温厢板隔热性能前提下，增加组成的保温厢体载货容积效果。

a.微型系列：气凝胶玻璃钢保温厢板厚度平均减少10mm，组成的保温厢体容积增加≥0.2m3；

b.轻型系列：气凝胶玻璃钢保温厢板厚度平均减少15mm，组成的保温厢体容积增加≥0.5m3；

c.中重型系列：气凝胶玻璃钢保温厢板厚度平均减少15mm，组成的保温厢体容积增加≥1.0m3；

d.半挂系列：气凝胶玻璃钢保温厢板厚度平均减少15mm，组成的保温厢体容积增加≥2.0m3。

结语

通过以上论述与计算，结合导热系数及粘接剪切强度的第三方检测报告，证明将超级低导热系数、自重轻的SiO2气凝胶毡的绝热保温材料，应用于冷藏车保温厢体的保温厢板上是可行的(图3)。由于气凝胶玻璃钢板导热系数比常规玻璃钢板导热系数低75%，在降低气凝胶保温厢板一定厚度的情况下，能够满足同规格的常规玻璃钢保温厢板的隔热性能，达到增加保温厢体的容积、减轻保温厢体自重的目的；且在不增加保温厢板厚度（即不减少保温厢体容积）的情况下，能够提高保温厢板的隔热性能，降低冷藏车制冷机组的工作频率，实现节能降耗目的。

目前在国内外还没有将超级低导热系数、自重轻的SiO2气凝胶毡的绝热保气凝胶保温厢板一定厚度的情况下，能够满足同规格的常规玻璃钢保温厢板的隔热性能，达到增加保温厢体的容积、减轻保温厢体自重的目的；且在不增加保温厢板厚度（即不减少保温厢体容积）的情况下，能够提高保温厢板的隔热性能，降低冷藏车制冷机组的工作频率，实现节能降耗目的。温材料应用于冷藏车保温厢体的保温厢板案例。作者通过气凝胶保温厢板的制作与检测，认为理论上是可行的，但还存在着SiO2气凝胶玻璃钢板制作的某些工艺问题需要进步探究，为冷藏车保温厢体的新材料应用、优化及节能降耗，带来了较好的研究方向。