Vacuum insulation panel (VIP) should have extended service life together with outstanding thermal insulation performance. These two requirements are inter-related because thermal performance degraded with time determines the service life. Inner pressure increase due to gas permeation is the main mechanism of the degradation.
To assure reliability of VIP, the service life of VIP must be experimentally evaluated. However, it is impossible to assess long-term thermal performance of VIP under the normal-use conditions because VIP has a long service life. Thus, accelerated life test is required to practically carry out the test. Yet, accelerated life test is usually conducted in the industries under exaggerated conditions such as high temperature and high pressure, without a firm theoretical background. Thus, a model for accelerated life test must be established considering theoretical relationships of aging factors for VIP. Characteristics of gas permeation and pressure increase of VIP are identified before the accelerated life test model is established.
Firstly, characteristics of gas permeation through envelope materials with temperature are experimentally investigated. Gas permeation measurement apparatus using pressure rise method is successfully validated by comparing the measured gas permeabilities of the LDPE film with reference data. Also, gas permeability of PU adhesive which was previously unknown is measured. It is approximately a fifth to twenty-fifth of that of LDPE film. The measured permeability exponentially increases with temperature. It is fitted into an Arrhenius type expression. In addition, it is necessary to find the temperature-dependent gas permeabilities of Al-metallized PET film which is widely used as the gas barrier. It is known that gas permeability of an Al-metallized PET film is a function of the distribution of pin-holes and the gas permeability of the substrate film. So, gas permeation characteristics of PET film are experimentally investigated. Using these data and the series resistance relationship, effective permeabilities for the normal direction of Al-metallized envelope are calculated. For artificial vacuum structure, theoretical pressure increase from these data and the pressure increase model are experimentally verified.
Secondly, a model for the accelerated life test theory is proposed. The model is established assuming that H2O is either perfectly removed with a desiccant or not and that outgassing can be neglected with baking process. For accelerated life test, two criteria to faithfully simulate the partial pressure increase in normal-use are established. Then, partial pressures of environmental gases to be applied at the accelerated condition are prescribed. As the ultimate outcome, the ratio of acceleration time to normal-use time is theoretically obtained, which turns out to be about 1/100.
진공단열재는 뛰어난 단열성능뿐만 아니라 긴 수명을 가져야 한다. 시간이 지남에 따라 저하되는 열성능은 수명을 결정하기 때문에 이 두 가지 조건은 서로 연관되어 있다. 가스 침투에 의한 진공단열재의 내부 압력 증가는 열성능 저하의 주요 원인이다.
진공단열재가 신뢰성을 얻기 위해 이것의 수명은 실험적으로 평가 되어야 한다. 하지만 진공단열재는 긴 수명을 가지기 때문에 정상작동 조건에서 진공단열재의 열성능을 평가하는 것은 불가능하다. 따라서 가속화 수명 테스트가 요구된다. 하지만 산업계에서 가속화 수명 테스트는 보통 어떠한 확고한 이론적 배경 없이 단순히 높은 온도와 높은 온도와 같은 과도한 조건에서 행해진다. 따라서 가속화 수명 테스트 모델이 진공단열재의 성능저하를 가속화 시키는 요소들의 이론적 관계를 고려하여 세워져야 한다. 이 가속화 수명 테스트 모델이 세워지기에 앞서 진공단열재의 가스 침투 특성과 압력증가가 확인된다.
첫 번째로 외피재 재료들의 온도에 따른 가스 침투 특성이 실험적으로 연구되었다. 압력증가법을이용한 가스 침투 측정 장치가 측정된 LDPE필름의 가스 침투율과 기존 문헌자료의 비교를 통하여 성공적으로 검증되었다. 또한 이전에 알려지지 않은 PU 접착제의 가스 침투율이 측정되었다. 대략 LDPE 필름의 1/5에서 1/20 수준이었다. 이 측정된 침투율은 온도에 따라 지수적으로 증가한다. 이는 아레니우스 모델로 잘 나타낼 수 있다. 또한 가스 차단을 위해 주로 사용되는 알루미늄 증착 PET필름의 가스 침투율과 온도에 따른 관계를 찾는 것이 필수적이다. 이것의 가스 침투율은 핀홀의 분포도와 기반필름의 가스 침투율의 함수로 알려져 있다. 따라서 PET 필름의 가스 침투율의 특성이 실험적으로 연구되었다. 이 데이터와 직렬저항 관계를 이용하여 알루미늄 증착 외피재의 유효 가스침투율이 계산 되어졌다. 인공구조체에 이용하여 이 데이터와 압력증가 식에 대한 이론적인 압력증가 모델이 실험적으로 검증되었다.
두 번째로는 가속화 수명테스트 이론에 대한 모델이 제안되었다. 이 모델은 H2O가 흡습제의 유무에 따라 완전히 제거되거나 제거되지 않을 경우를 가정하였고 아웃개싱 현상은 베이킹 과정을 통해 완벽히 제거 되었다고 가정하여 세워졌다. 가속화 수명 테스트에서 가속성이 성립되기 위한 두 가지 기준이 제시되었다. 이 기준으로부터 가속화 조건에서 가해지는 외부 가스의 분압이 정해진다. 최종 결과로서 가속화 계수가 이론적으로 얻어지고 약 1/100 수준이 된다.
