節(jié)能膜技術和紙質材料在塑料保溫杯中的應用

潘子亮　張俊杰

摘 要：我們在試驗時可以加入開水，根據(jù)輕工行業(yè)標準（QB/T2332）不銹鋼真空杯（壺）的保溫性能的標準為：在室溫20 ℃的條件下，往杯中注滿95 ℃以上的開水，蓋上蓋子6 h后，容量小于400 mL的杯子水溫不低于42 ℃，容量大于400 mL的杯子水溫不低于54 ℃。通常市場上在售的塑料保溫杯都是只有隔熱的功能，其保溫的功能最多只有2～3 h，室溫越低其熱量流失越快，而如果是真空保溫杯一般裝入開水6 h后溫度還會有50 ℃以上，真空率越高保溫時間就越長，10 h都是可以達到的，在使用了節(jié)能膜后，雙層塑料保溫杯的保溫效果得到了顯著提升，由于節(jié)能膜可以反射90%以上的紅外線，所以杯子的保溫效果達到了6～7 h，這個設計使保溫杯的保溫效果得到了提升。

關鍵詞：節(jié)能環(huán)保 雙層塑料保溫杯 節(jié)能膜技術

中圖分類號：TU52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（b）-0107-03

在當今社會，保溫杯已經廣泛融入到了我們每個人的生活中，從辦公室到會議室，從學校到家中，我們每個人在生活中都用過保溫杯，如果有人和我們提起保溫杯，我們一定不會感到陌生，但保溫杯的保溫性能是由保溫杯的材質和保溫原理決定的，情況下不銹鋼真空保溫杯的保溫性能最好，可以達到10 h以上的保溫效果，個別的不銹鋼保溫杯可以達到1 d以上，相比之下，雙層塑料保溫杯的效果就差多了，接下來，我們來討論通過節(jié)能膜技術在雙層塑料保溫杯中的應用來提升其保溫性能。

1 建筑節(jié)能技術及建筑節(jié)能膜

1.1 PET（聚酯）膜

建筑膜是一種多層的PET（聚酯）膜，通過使用真空多層金屬鍍層技術、離子技術以及薄膜物理、精細化工技術，使其具有極佳的清晰度、極好的強度和耐久性，以及極高的隔熱效率、抗沖擊能力或裝飾等性能，通過背膠粘附在玻璃等材質表面，廣泛應用于建筑節(jié)能、建筑安全和建筑裝飾領域，是高科技的建筑材料。

PET是一種耐久性強、堅固耐潮、耐高、低溫性均佳的材料。它清澈透明，經金屬化鍍層、磁控濺射、夾層合成等多種工藝處理，成為具有不同特性的膜。

建筑節(jié)能膜，顧名思義是應用于住宅、辦公大樓、商業(yè)大廈等建筑門窗玻璃、幕墻玻璃，通過陽光控制，改善室內環(huán)境、降低制冷采暖能耗，從而達到節(jié)能效果的玻璃膜。其廣泛應用于居家、辦公、休閑等場所。在夏季，建筑膜通過阻隔高達79%的太陽熱能，可大大降低空調的制冷成本；冬季，室內熱量透過窗戶散失，不僅使室內人員感到不適，而且增加了不必要的能耗費用。把一線品牌高品質節(jié)能膜安裝于普通玻璃的內表面能降低熱損耗達30%，從而達到冬季室內保暖的作用。

建筑膜以節(jié)能隔熱為主要目的，同時還具有防紫外線和一定的安全功能。該種膜還可分為熱反射膜和低輻射膜。熱反射膜，這種膜貼在玻璃表面使房內能透過一部分可見光和一部分近紅外線光，反射和吸收了一部分可見光和一部分近紅外線光，因此可以讓足夠的光線進入室內，而將大部分的太陽能的熱量反射回去，所以，在炎熱的夏季保持室內溫度不會升高太多，從而降低室內空調負荷，達到節(jié)省空調費用和節(jié)能的作用。低輻射膜，這種膜能透過一定量的短波太陽輻射能，使太陽輻射熱進入室內，被室內物體所吸收；同時又能將90%以上的室內物體輻射的長波紅外線反射保留于室內。低輻射膜能充分利用太陽光輻射和室內物體的長波輻射能。因此在寒冷地區(qū)和采暖建筑中使用可起到保溫和節(jié)能效果。

1.2 鋁箔

鋁箔是良好的絕熱材料，它的絕熱性能可表現(xiàn)在它表面的熱輻射性能上。

鋁箔的發(fā)射率與厚度關系不大，主要取決于其表面的平整度，其發(fā)射率一般為5%～20%，因此鋁箔對輻射能的吸收非常小，能使80%～95%的輻射熱反射回去。鋁箔是良好的隔熱保溫材料，鋁的純度對鋁箔的反射率有明顯影響。鋁箔中有雜質時，會發(fā)生雜質散射而使其輻射吸收增加。要獲得高反射率的鋁箔，純度應不小于99.6%。高純度鋁箔光反射率可達97%，且可以通過涂料處理形成彩色膜。

2 不銹鋼保溫杯與雙層塑料保溫杯的區(qū)別

抽真空的工藝對于杯子材質也是有要求的，一般使用304不銹鋼或201不銹鋼材質。而雙層塑料杯是不能抽真空處理的，外塑內鋼、外鋼內塑的杯子也是不能達到真空效果的，通常市場上在售的塑料保溫杯都是只有隔熱的功能，其保溫的功能最多只有2～3 h，室溫越低其熱量流失越快，而如果是真空保溫杯一般裝入開水6 h后溫度還會有50 ℃以上，真空率越高保溫時間就越長，10 h都是可以達到的。

由此看來，塑料保溫杯是可以保溫的，但塑料保溫杯的保溫時間只有兩三個小時，相對于不銹鋼、陶瓷保溫杯而言，其保溫效果還相差甚遠，不適宜秋冬季節(jié)使用，所以還需要改進。

3 將節(jié)能膜技術用在保溫杯中

過去雙層塑料保溫杯的保溫效果不過2～3 h，該設計方法可改進人們日常生活中使用的雙層塑料保溫杯所遇到的不足之處，實現(xiàn)保溫時長的顯著提升。

為實現(xiàn)以上目的，該設計采用以下方法。

將建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔做成杯子的形狀，將其緊貼在雙層塑料杯外層內壁，以此達到反射來自內部和外部的輻射熱，加強保溫隔熱性能的優(yōu)良效果，并杜絕傳統(tǒng)普通雙層塑料杯保溫效果不理想這項傳統(tǒng)普通保溫杯無法解決的問題。此處注意是雙層塑料保溫杯的外層內壁，這樣使用者在飲用的時候，就不會使嘴唇接觸到節(jié)能膜本身，且節(jié)能膜不與雙層塑料保溫杯內壁接觸，這樣即使有熱飲加入杯中，也不會使節(jié)能膜在高溫下產生毒素，更不會對人體造成傷害。

該設計的優(yōu)點是大大提升了雙層塑料保溫杯的保溫隔熱性能，延長了內部的保溫隔熱時長。這樣既繼承了不銹鋼保溫杯的優(yōu)點，又沒有原先雙層塑料保溫杯保溫隔熱性能差、盛水量小的缺點。

以下提供該設計的一種加工方法的具體實施方式及一個實施例，但該設計不限于所提供的實施例。

3.1 制作雙層塑料保溫杯

雙層塑料保溫杯的制作方法與傳統(tǒng)制作方法一致，在此不做贅述，但一定要注意先不要將內壁和外壁直接焊接，因為我們還要將建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔所加工成型后的膜材料放入雙層塑料保溫杯的外壁。

3.2 建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料和鋁箔的成型加工

按照已經制作完成的雙層塑料保溫杯的外層模型，加工出一個與外層內壁能剛好吻合的建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔，加工工藝技術也與傳統(tǒng)中一般的加工技術一致，建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料用注塑或吹塑（可任選）的方法加工成型，而鋁箔則采用專門的機器（可自選）加工制成與外層內壁能剛好吻合的形狀。

3.3 結合成一個新的有建筑節(jié)能材料的保溫杯

將建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔所加工成型后的膜材料放入雙層塑料保溫杯的外壁，注意這里的杯口的內壁和外壁都要有能夠相互結合的螺口，這樣就可以直接將內外壁通過旋擰的方式固定。

3.4 制作雙層料保溫杯的杯蓋

杯蓋的方法與杯身相同，注意都要是雙層的，杯蓋的內壁和外壁都要有能夠相互結合的螺口，以便在杯蓋的外壁放入建筑節(jié)能膜中使用的PET（聚酯）膜材料或鋁箔，然后再將杯蓋的外壁和內壁通過旋擰的方式固定，這個固定方法與第三步相同。

完成了以上的步驟后，新式雙層塑料保溫杯就制作完成了，如圖1所示，加粗線條的部分就是貼節(jié)能膜的部分。

4 將紙質材料用在保溫杯中

這個問題，其性質是一次性紙杯的使用，我們將雙層塑料保溫杯的內壁去除，留下外壁，被去除的內壁換成一次性杯子，注意此處不要將一次性紙杯固定，使一次性紙杯能夠隨時被取出和放入。再放入一次性紙杯后，我們往里加入熱飲，再將改裝后的杯蓋蓋上，就可以使一次性紙杯中的熱飲得到一定的保溫效果，當內部的一次性紙杯不能使用時，可直接將其取出，換一個新的一次性紙杯進去，這樣就解決了一次性紙杯本身保溫效果差的問題，并且在一定程度上節(jié)約了紙杯的使用，十分得節(jié)能環(huán)保。如圖2所示，左邊是一次性紙杯放在保溫杯中的樣式，而右邊則是一次性紙杯與保溫杯分開后的樣式。

這里注意如圖2所示的一次性紙杯與保溫杯的外壁的規(guī)格要一致，如果口徑對不上的話，那是無法使用，并且無法達到保溫效果的，這里就要在制造保溫杯的時候先調查常用一次性紙杯的口徑，再根據(jù)相應的數(shù)據(jù)進行下一步的制作，以免產生不必要的麻煩。

5 實驗研究的過程及結論

我們準備2個規(guī)格、型號、品牌一樣的雙層塑料保溫杯，再準備2個同一品牌和型號的電子溫度計。將其中的一個作為實驗組，另一個作為對照組，兩者進行對比。按照制作研究過程中所講到的制作方法，將實驗組中的杯子做成新式的雙層塑料保溫杯，和對照組一起放在25 ℃的房間里，我們在試驗時可以加入開水，每隔1 h用電子溫度計測一次2個杯子中水的溫度，并將溫度變化記錄下來。

至于一次性紙杯放入新式的保溫杯后的保溫效果，其測試方法與以上相同，只是原來的雙層塑料保溫杯內壁被換成了一次性紙杯。

經測試，沒有經過改裝的保溫杯在第3個小時的時候，溫度就已經從95 ℃降到了30.1 ℃，而經過改裝的保溫杯，第1個小時只降了14 ℃，在第6個小時時仍有40.6 ℃，2只杯子均為380 mL。而2只一次性紙杯在放入新式保溫杯后，未經過改裝的保溫杯在第2個小時就降到了39.4 ℃，改裝后的保溫杯在第6個小時的時候才降到了35 ℃（一次性紙杯容量為250 mL）。

根據(jù)輕工行業(yè)標準（QB/T2332）不銹鋼真空杯（壺）的保溫性能的標準為：在室溫20 ℃的條件下，往杯中注滿95 ℃以上的開水，蓋上蓋子6 h后，容量小于400 mL的杯子水溫不低于42 ℃，容量大于400 mL的杯子水溫不低于54 ℃，才算合格，但是雙層塑料保溫杯卻沒有明確的要求。

通常市場上在售的塑料保溫杯都是只有隔熱的功能，其保溫的功能最多只有2～3 h，室溫越低其熱量流失越快，在使用了節(jié)能膜后，雙層塑料保溫杯的保溫效果得到了顯著提升，由于節(jié)能膜可以反射90%以上的紅外線，所以杯子的保溫效果達到了6～7 h，這個結果說明，加入節(jié)能膜后的設計使保溫杯的保溫效果得到了顯著提升。

6 結語

通過這次項目試驗，筆者所在組發(fā)現(xiàn)了一種新的可以提高雙層塑料保溫杯保溫性能的方法，并成功改進了保溫杯。感謝新疆農業(yè)大學長期以來對該項目的支持，從認真聽取該項目，到批準該項目立項，再到1年以后筆者所在組成功完成試驗，并聽取筆者所在組匯報，新疆農業(yè)大學以及學校老師都做出了長時間艱苦努力。

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