CN106494038A - 一种绝热可固化热固性复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝热可固化热固性复合材料，包括可固化热固性复合材料预浸料片材、粘结膜和纤维复合芯层，所述的纤维复合芯层的上和/或下表面粘结有所述的粘结膜，所述的粘结膜的另一侧面上还粘结有所述的可固化热固性复合材料预浸料片材，所述的纤维复合芯层为吸附和填充有气凝胶的纤维复合芯层；本发明还公开了上述复合材料的制备方法和应用。本发明的复合材料具有较高的耐穿刺性，以解决在使用过程中，填充和吸附在纤维复合芯层的气凝胶易逸出或泄露的缺陷，因此具有较高的强度、刚性和更好的隔音、绝热性能，可作为管材的包覆、墙体的保温或冷藏厢板等结构件使用，扩大了气凝胶材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于绝热、保温和可固化热固性技术领域，特别涉及一种绝热可固化热固性复合材料及其制备方法与应用，本发明的一种绝热可固化热固性复合材料为具有优异绝热性能的可固化多层复合材料。
背景技术
气凝胶因其夹芯体中的静止气体，使得气凝胶材料具有较好的隔音、隔热、质轻的特点，因此，气凝胶材料在工业绝热领域被广泛地应用，此外，作为绝热材料的金属外壳也得到了广泛应用。
气凝胶材料具有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构，和具有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率，其体密度为0.003-0.500g/cm-3。例如，硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2～3个数量级，纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献；同时，由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料，因此，气凝胶材料在隔热和隔音方面具有重要的发展前景。中国专利CN105058949A介绍了“一种真空绝热板的制造方法”，具体为：将纳米气凝胶粉体和碳酸钙粉体加入到玻璃纤维丝中，并用袋子包装，最后经抽真空、封口制得，然而该发明制得的板材的强度、刚性等方面难以满足实际的需求。
在工业上，镀锌铁皮通常作为气凝胶材料的外保护层，但是，由于镀锌铁皮通过铆接与气凝胶绝热层连接，无法保证两者密封，而造成外界水分很容易进入气凝胶绝热层，导致气凝胶绝热层腐蚀、保温失效；同时，镀锌铁皮也存在着不具有耐踩踏和抗机械损伤的缺陷，在外力的作用下极易被损伤而使得外保护层遭受破坏。
发明内容
本发明提供一种绝热可固化热固性复合材料，通过粘结膜将吸附和填充有超强绝热、隔音性能的气凝胶的纤维复合芯层与可固化热固性复合材料预浸料片材粘结起来，在保持气凝胶材料绝热、隔音性能的同时，也通过热固性复合材料提高了该材料的防水性和机械力学性能，进一步扩大了气凝胶材料的应用范围。
本发明还提供一种绝热可固化热固性复合材料的制备方法，通过粘结膜将吸附和填充有超强绝热、隔音性能的气凝胶的纤维复合芯层与可固化热固性复合材料预浸料片材粘结起来，在保持气凝胶材料绝热、隔音性能的同时，也通过热固性复合材料提高了该材料的防水性和机械力学性能，进一步扩大了气凝胶材料的应用范围。
本发明还提供一种绝热可固化热固性复合材料的应用，通过粘结膜将吸附和填充有超强绝热、隔音性能的气凝胶的纤维复合芯层与可固化热固性复合材料预浸料片材粘结起来，在保持气凝胶材料绝热、隔音性能的同时，也通过热固性复合材料提高了该材料的防水性和机械力学性能，进一步扩大了气凝胶材料的应用范围。
本发明的技术方案如下：
一种绝热可固化热固性复合材料，包括可固化热固性复合材料预浸料片材、粘结膜和纤维复合芯层，所述的纤维复合芯层的上和/或下表面粘结有所述的粘结膜，所述的粘结膜的另一侧面上还粘结有所述的可固化热固性复合材料预浸料片材，所述的纤维复合芯层为吸附和填充有气凝胶的纤维复合芯层。
优选为，所述的可固化热固性复合材料预浸料片材为紫外光固化的热固性纤维预浸料片材，可在紫外光照射下实现交联固化。
优选为，所述的紫外光固化的热固性纤维预浸料片材为可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材、可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维编织布预浸片材或可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维单向布预浸片材中的一种。
优选为，所述的纤维复合芯层为玻璃纤维复合芯层。
优选为，所述的气凝胶为硅气凝胶、碳气凝胶或气相白炭黑。
优选为，所述的粘结膜为乙烯-醋酸乙烯酯树脂(EVA)薄膜、热塑性聚氨酯(TPU)薄膜或聚氯乙烯(PVC)薄膜。
本发明还公开了一种上述的绝热可固化热固性复合材料的制备方法，在加热条件或直接辊压下，所述的吸附和填充有气凝胶的纤维复合芯层的上和/或下表面经辊压与所述的粘结膜粘结，所述的粘结膜的另一侧面经辊压与所述的可固化热固性复合材料预浸料片材粘结，即得到所述的绝热可固化热固性复合材料。
本发明还公开了一种上述的一种绝热可固化热固性复合材料的应用，所述的绝热可固化热固性复合材料作为绝热、保温材料应用于管材的包覆、墙体的保温或冷藏厢板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
一、本发明的一种绝热可固化热固性复合材料，通过采用可固化热固性复合材料预浸料片材作为气凝胶纤维复合芯层的外皮层，特别是以紫外光固化的热固性纤维预浸片材作为皮层，提高了该复合材料的耐穿刺性，以解决在使用过程中，填充和吸附在纤维复合芯层的气凝胶易跑出或泄露的缺陷，因此具有较高的强度和刚性，可作为管材的包覆、墙体的保温或冷藏厢板等结构件使用；
二、本发明的一种绝热可固化热固性复合材料，在可固化热固性复合材料预浸料片材未固化前，本发明的复合材料整体柔软、可塑型强，对管材、墙体等材料实施保温具有操作方便、简单易行等优点；
三、与普通的发泡夹芯材料相比，本发明的一种绝热可固化热固性复合材料具有更高的隔音、绝热性能，同时也解决了现有采用镀锌铁皮作为皮层的不防水、不耐腐蚀、不耐踩踏和无法长久使用的缺陷。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明的一种绝热可固化热固性复合材料的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的一种绝热可固化热固性复合材料，包括可固化热固性复合材料预浸料片材1、粘结膜2和纤维复合芯层4，所述的纤维复合芯层4的上和下表面均粘结有所述的粘结膜2，所述的粘结膜2的另一侧面上还均粘结有所述的可固化热固性复合材料预浸料片材1，所述的纤维复合芯层4为吸附和填充有气凝胶3的纤维复合芯层4。本领域技术人员根据实际需要作出如下选择，即既可在吸附和填充有气凝胶3的纤维复合芯层4的两侧均通过粘结膜2粘结可固化热固性复合材料预浸料片材1，也可仅在吸附和填充有气凝胶3的纤维复合芯层4的一侧通过粘结膜2粘结可固化热固性复合材料预浸料片材1。
所述的可固化热固性复合材料预浸料片材1为紫外光固化的热固性纤维预浸料片材，可在紫外光照射下实现交联固化；所述的紫外光固化的热固性纤维预浸料片材为可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材、可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维编织布预浸片材或可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维单向布预浸片材中的一种。
所述的纤维复合芯层4为玻璃纤维复合芯层。
所述的气凝胶3为硅气凝胶、碳气凝胶或气相白炭黑。
所述的粘结膜2为乙烯-醋酸乙烯酯树脂(EVA)薄膜、热塑性聚氨酯(TPU)薄膜或聚氯乙烯(PVC)薄膜或其他具有粘结性的薄膜，如压敏胶摸，所述的粘结膜2有两方面的作用，一是粘结作用，将吸附和填充有气凝胶3的纤维复合芯层4与可固化热固性复合材料预浸料片材1粘结为一整体，防止分开、脱落；二是阻隔作用，阻止未固化的可固化热固性复合材料预浸料片材1的树脂基体迁移到纤维复合芯层4中，起到阻隔的作用。
本发明的一种绝热可固化热固性复合材料，通过粘结膜将具有绝热性、隔音性能的气凝胶和具有良好机械力学性能的可固化热固性复合材料预浸料片材的粘结起来，实现了绝热、保温的同时，也实现了较高强度的机械力学性能，达到对保温体的支撑、保护作用；此外，由于采用了紫外光固化的热固性纤维预浸料片材作为本发明的外皮层，在外皮层皮层未固化时，本发明的复合材料整体柔软，可很容易对保温体实行缠绕、变形等操作，对管材的缠绕、包覆也特别容易操作，这是其他材料作为外皮层所不具有的优点，特别是当外皮层为金属材料时。本发明的复合材料在缠绕后，在紫外光的作用下，可以迅速固化，实现硬化和强化，达到对保温体的保温绝热和支撑保护的作用。
本发明还公开了一种上述的绝热可固化热固性复合材料的制备方法，在加热或直接辊压下，所述的吸附和填充有气凝胶3的纤维复合芯层4的上和/或下表面经辊压与所述的粘结膜2粘结，所述的粘结膜2的另一侧面经辊压与所述的可固化热固性复合材料预浸料片材1粘结，即得到所述的绝热可固化热固性复合材料，本领域技术人员根据实际需要，可得到气凝胶纤维复合芯层的两侧均粘结有可固化热固性复合材料预浸料片材的绝热可固化热固性复合材料或者得到仅气凝胶纤维复合芯层的一侧粘结有可固化热固性复合材料预浸料片材的绝热可固化热固性复合材料。
本发明还公开了一种上述的一种绝热可固化热固性复合材料的应用，所述的绝热可固化热固性复合材料可作为绝热、保温材料应用于管材的包覆、墙体的保温或冷藏厢板等。
为了进一步阐述和理解本发明的一种绝热可固化热固性复合材料，以下通过三个实施例来说明本发明。
实施例1
首先，在双带平板复合机下，所述的吸附和填充有气凝胶的玻璃纤维复合芯层与乙烯-醋酸乙烯酯树脂(EVA)薄膜经加热、压合、冷却、收卷等步骤，得到两侧面粘结有EVA薄膜的气凝胶毡，此时制得的气凝胶玻璃纤维复合芯层，由于两侧面均粘结有粘结膜，可有效地防止气凝胶从玻璃纤维复合芯层中逸出来，然后将粘结有EVA薄膜的气凝胶玻璃纤维复合芯层与可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材进行辊压浸润、收卷，得到仅一侧粘结有可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材的绝热可固化热固性复合材料，即气凝胶玻璃纤维复合芯层和可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材的多层复合材料(SMC)。
将实施例1制得的复合材料作为管材的绝热、保温保护层，然后对其进行缠绕，缠绕时以靠近气凝胶毡的一侧包覆管材，并通过EVA薄膜与管材粘结，可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材作为外皮层，缠绕后经紫外光固化，即可得到具有优异保温性能，并同时具有高强度的外皮层的管材。
实施例2
首先，在双辊复合机下，所述的吸附和填充有气凝胶的玻璃纤维复合芯层与压敏胶膜经辊压复合，得到两侧面均粘结有压敏胶膜的气凝胶毡，此时制得的气凝胶毡，由于两侧面均粘结有压敏胶膜，可有效地防止气凝胶从玻璃纤维复合芯层中逸出来，然后将粘结有压敏胶膜的气凝胶玻璃纤维复合芯层与可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维单向布预浸片材进行连续辊压复合、收卷，得到仅一侧粘结有可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维单向布预浸片材的绝热可固化热固性复合材料，即气凝胶玻璃纤维复合芯层和可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维单向布预浸片材的多层复合材料。
将实施例2制得的复合材料作为绝热、保温保护层，然后对管材进行缠绕，缠绕时以靠近气凝胶毡的一侧包覆管材，并通过压敏胶膜与管材粘结，可紫外光固化的复合材料层为外皮层，缠绕后经紫外光固化，即可得到具有优异保温性能，并同时具有高强度的外皮层的管材。
实施例3
首先，在双带平板复合机下，所述的吸附和填充有气凝胶的玻璃纤维复合芯层与热塑性聚氨酯(TPU)薄膜经加热、压合、冷却、收卷等步骤，得到两侧粘结有TPU薄膜的气凝胶毡。此时制得的气凝胶毡，由于两侧面均粘结有热塑性聚氨酯(TPU)薄膜，可有效地防止气凝胶从玻璃纤维复合芯层中逸出来，然后将粘结有TPU薄膜的气凝胶玻璃纤维复合芯层与可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材进行连续辊压复合、收卷，得到仅一侧粘结有可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材的绝热可固化热固性复合材料，即气凝胶玻璃纤维复合芯层和可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材的多层复合材料。
实施例3制得的多层复合材料作为绝热、保温保护层，然后将该多层复合材料靠近气凝胶毡的一侧与冷藏箱的外板粘结，得到车厢外板/气凝胶/可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材的结构，然后在紫外光下，将外皮层的可固化预浸料片材固化，即可得到既具有优异保温性能又具有高强度的保温车厢。
表一为对实施例1、实施例2和实施例3制得的多层复合材料的性能测试，如下所示：
表一
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 导热系数(mW/m·K) | 13.2 | 15.1 | 14.3 |
| 拉伸强度(MPa) | 40 | 503 | 310 |
| 冲击强度(KJ/m2) | 31 | 190 | 114 |
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种绝热可固化热固性复合材料，其特征在于，包括可固化热固性复合材料预浸料片材、粘结膜和纤维复合芯层，所述的纤维复合芯层的上和/或下表面粘结有所述的粘结膜，所述的粘结膜的另一侧面上还粘结有所述的可固化热固性复合材料预浸料片材，所述的纤维复合芯层为吸附和填充有气凝胶的纤维复合芯层。
2.根据权利要求1所述的一种绝热可固化热固性复合材料，其特征在于，所述的可固化热固性复合材料预浸料片材为紫外光固化的热固性纤维预浸料片材。
3.根据权利要求2所述的一种绝热可固化热固性复合材料，其特征在于，所述的紫外光固化的热固性纤维预浸料片材为可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维毡预浸片材、可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维编织布预浸片材或可紫外光固化的热固性树脂浸润的玻璃纤维单向布预浸片材中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种绝热可固化热固性复合材料，其特征在于，所述的纤维复合芯层为玻璃纤维复合芯层。
5.根据权利要求1所述的一种绝热可固化热固性复合材料，其特征在于，所述的气凝胶为硅气凝胶、碳气凝胶或气相白炭黑。
6.根据权利要求1所述的一种绝热可固化热固性复合材料，其特征在于，所述的粘结膜为乙烯-醋酸乙烯酯树脂薄膜、热塑性聚氨酯薄膜或聚氯乙烯薄膜。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的绝热可固化热固性复合材料的制备方法，其特征在于，在加热条件或直接辊压下，所述的吸附和填充有气凝胶的纤维复合芯层的上和/或下表面经辊压与所述的粘结膜粘结，所述的粘结膜的另一侧面经辊压与所述的可固化热固性复合材料预浸料片材粘结，得到所述的绝热可固化热固性复合材料。
8.一种如权利要求1～6任一项所述的绝热可固化热固性复合材料的应用，其特征在于，所述的绝热可固化热固性复合材料作为绝热、保温材料应用于管材的包覆、墙体的保温或冷藏厢板上。
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