CN107325233B - 一种吸水阻燃材料、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种吸水阻燃材料、制备方法及基于吸水阻燃材料的管材和液冷散热系统。本申请中，水溶性烯属不饱和单体、碱溶液、交联剂以及引发剂在一定条件下能够聚合为吸水树脂，吸水树脂能够在渗透压的作用下不断吸收冷却液。另外，阻燃剂成分的添加，能够在一定程度上提高本材料的阻燃性能和耐热性能。应用以上吸水阻燃材料的管材和液冷散热系统，能够快速吸收渗漏的冷却液，避免因冷却液泄漏造成的元器件损坏；另外，本吸水阻燃材料具有一定的阻燃性能，一旦冷却液泄漏起火，则吸水阻燃材料可以阻止管道内部的冷却液与火相遇而加重火势，从而进一步降低安全隐患。

Description

一种吸水阻燃材料、其制备方法及应用

技术领域

本申请涉及激光投影领域，尤其涉及一种吸水阻燃材料、其制备方法及应用。

背景技术

目前，激光投影机因其寿命长、色域广等优点得以广泛应用。激光投影机是利用激光光束来透射出投影画面的，其内部主要包括激光光源，三色光阀、合束X棱镜、投影镜头等光学部件，以及负载有多种处理芯片的PCB板（英文全称：Printed Circuit Board，印制电路板）。激光投影机处于工作状态时，激光光源和处理芯片会持续放热，使得相对密闭的激光投影机的内部温度不断升高，很容易超过激光光源的正常使用温度，影响激光光源以及激光投影机的使用寿命，因此，在激光投影机内部通常设置有液冷散热系统，以降低激光投影机的运行温度。

图1是一种液冷散热系统的结构示意图。如图1所示，该液冷散热系统包括液冷块10、驱动泵20、换热器30、储液箱40以及以上各个部件之间的连接管路50，冷却液能够在驱动泵20的驱动作用下沿连接管路50循环流动。液冷块10与激光投影机中的待散热设备接触，液冷散热系统工作时，待散热设备上的热量传导到液冷块10中，当冷却液流过液冷块10时，冷却液会带走液冷块10中的热量，并将热量沿着连接管路50传导到换热器30中，换热器30再将热量排出到激光投影机外部，从而实现激光投影机的液冷散热。

在激光投影机的装配和运输过程中，连接管路可能受到强力的碰撞、折弯或拉扯，导致连接管路出现缝隙。在液冷散热系统工作时，该连接管路内的冷却液会沿着缝隙渗漏出来，很容易滴落或流淌到PCB板上。冷却液通常为50%左右的水以及50%左右的聚乙烯乙二醇与聚丙烯乙二醇的混合物，渗漏出来的冷却液容易造成PCB板的短路，损伤PCB板上的处理芯片。此外，泄漏出来的冷却液，还容易导致激光投影机内部起火，甚至造成安全隐患。

发明内容

本申请提供了一种吸水阻燃材料、其制备方法及应用，以解决连接管路漏液时，损坏激光投影机内部元件的问题。

本申请提供了一种吸水阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将水溶性烯属不饱和单体与碱溶液混合形成体系，向该体系中加入交联剂、引发剂以及阻燃剂，搅拌，其中，所述阻燃剂能够溶解于所述水溶性烯属不饱和单体与所述碱溶液形成的体系中；

步骤2：将步骤1得到的体系升温至70-80℃，静置得到聚合产物，洗涤，干燥。

本申请还提供了一种按照上述方法制备的吸水阻燃材料。

本申请还提供了一种包覆有吸水阻燃层的管材，所述管材包括基层和包覆于所述基层外表面的吸水阻燃层，所述吸水阻燃层的材质为上述吸水阻燃材料。

本申请还提供了一种液冷散热系统，所述系统包括：

吸热装置、驱动装置、散热装置以及连通管路，所述吸热装置、所述驱动装置以及所述散热装置之间通过所述连通管路相连通，并形成闭合回路；所述连通管路所用的管材是上述管材。

本申请还提供了一种激光投影机，所述激光投影机中包括上述液冷散热系统。

本申请的有益效果如下：

本申请公开一种吸水阻燃材料、制备方法及基于吸水阻燃材料的管材和液冷散热系统。本申请中，水溶性烯属不饱和单体、碱溶液、交联剂以及引发剂在一定条件下能够聚合为吸水树脂，吸水树脂与冷却液中的水接触后，其分子链上的亲水性离子发生电离，随着电离出离子数量的增加，吸水阻燃材料内的渗透压逐渐增大，冷却液在渗透压的作用下不断进入吸水阻燃材料的内部，从而完成冷却液的吸收。另外，本申请还在吸水树脂制备原料中加入阻燃剂，阻燃剂与以上原料混合后，可以独立的分散在各个原料之间，也可以与以上原料发生共聚反应而以化学键的形式相结合。阻燃剂的以上两种存在方式，均可以提高吸水树脂的阻燃性能和耐热性能，从而共同构成吸水阻燃材料。应用以上吸水阻燃材料的管材和液冷散热系统，能够快速吸收渗漏的冷却液，防止造成冷却液液滴的滴落或喷溅，能够有效的避免因漏液引起的元器件损坏；另外，本吸水阻燃材料同时具有一定的阻燃性能，一旦冷却液泄漏起火，则吸水阻燃材料可以阻止管道内部的冷却液与火相遇而加重火势，从而进一步降低安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种液冷散热系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一种吸水阻燃材料制备方法的流程图；

图3为本申请提供的吸水阻燃材料吸收冷却液的原理示意图；

图4为本申请提供的吸水阻燃材料吸水前后的形态变化示意图；

图5为本申请提供的一种包覆有吸水阻燃层的管材的结构示意图；

图6为本申请提供的一种包覆有吸水阻燃层的管材的制备方法的流程图；

图7为步骤S202中所使用的模具的结构示意图。

具体实施方式

请参考图2，所示为本申请提供的一种吸水阻燃材料制备方法的流程图。由图2可见，本方法包括以下步骤：

步骤S101：将水溶性烯属不饱和单体与碱溶液混合形成体系，向该体系中加入交联剂、引发剂以及阻燃剂，搅拌，形成预聚物溶液。

本发明中使用的水溶性烯属不饱和单体，可以选自(甲基) 丙烯酸(本说明书中将“丙烯酸”和“甲基丙烯酸”合起来记为“(甲基) 丙烯酸”，以下相同)及其盐；2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及其盐；(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯等非离子性单体；N,N-二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基丙基(甲基) 丙烯酰胺等含氨基的不饱和单体及其季铵化物等。这些水溶性烯属不饱和单体可以单独使用，也可以组合2 种以上使用。

其中，从工业上容易获得的观点出发，所述单体优选为丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、丙烯酸和丙烯酸衍生物中的一种或多种，以降低生产成本。更优选为（甲基）丙烯酸及其盐，比如丙烯酸钠。

本发明中使用的阻燃剂可以为添加型阻燃剂，添加型阻燃剂与聚合物及其他组分不发生化学反应，只是物理地分散于阻燃物体系中而增加阻燃性的添加剂。本申请提供的添加型阻燃剂可以为磷系阻燃剂，如磷酸三(氯乙基)酯、磷酸三苯酚、磷酸二甲苯酯以及丁苯系磷酸酯等，也可以是溴系阻燃剂，如十溴二苯醚、八溴二苯醚、五溴二苯醚以及1，2-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)乙烷等，或者是其他类型的添加型阻燃剂，如十溴二苯醚等。

优选的，本申请选用反应型阻燃剂中的一种或者多种添加在吸水树脂的反应原料中，反应型阻燃剂在高分子聚合反应过程中加入反应体系，以单体形式参加到反应中，能够通过化学键合成为吸水树脂的一部分，使得反应型阻燃剂的阻燃效果更为均匀，阻燃性更为持久。本申请提供的反应型阻燃剂可以为2，4，6-三溴苯基马来酰亚胺、2，4，6-三溴苯基烯丙基醚、2，3-二溴丙醇、二溴苯酚、四溴邻二甲酸酐以及9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物等，其中，反应型溴系阻燃剂阻燃还具有以下优点：效率高，达到同样的阻燃效果用量少；热稳定性高，既保证在阻燃基质加工温度下不分解，又保证分解温度不宜过高；对阻燃基质的性能影响小。因此，反应型溴系阻燃剂特别适合应用于本申请提供的吸水树脂基质。

本发明中使用的交联剂，可以选自聚乙二醇二丙烯酸酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三烯丙基胺、甘油二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和乙二胺中的一种或几种。优选的，所述交联剂选自聚乙二醇二丙烯酸酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、甘油二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯及三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。

本发明中使用的引发剂，可以选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等过硫酸盐；过氧化氢等过氧化物；2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷) 二盐酸盐、2,2’-偶氮双[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙二胺]四水盐、2,2’-偶氮双(1-亚氨基-1-吡咯烷基-2-甲基丙烷)二盐酸盐、2,2’-偶氮双[2-甲基-N-(2-羟基乙基)-丙酰胺] 等。这些自由基聚合引发剂可以单独使用，也可以并用2 种以上。

其中，从容易获得且操作方便的观点出发，所述引发剂选自过氧化氢、过硫酸铵和过硫酸钾三者之一与亚硫酸氢钠的混合物。以上优选的引发剂组合可构成氧化还原类引发剂，氧化还原引发体系是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应。因此，氧化还原类引发剂可以在较低温度(0～50℃)下引发聚合反应，其优点可以提高反应速率，降低能耗。

中和水溶性烯属不饱和单体的碱溶液可以是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸铵等碱性物与适量的水配制而成的溶液，在水溶性烯属不饱和单体与碱溶液混合时，可在温度不超过10℃的条件下，先将水溶性烯属不饱和单体与水混合均匀后，再缓慢加入碱溶液，并不断地搅拌，以控制反应放热速度和中和溶液的温度，避免水溶性烯属不饱和单体因温度过高而产生热自聚合。

本申请中，水溶性烯属不饱和单体的加入量为8-12份、水的加入量为20-30份、碱溶液的加入量为12-17份（浓度为5-7mol/L）、交联剂的加入量为0.3-0.5份，引发剂的加入量为0.5-1.5份、聚乙烯醇的加入量为3-5份，按照以上配比范围制得的吸水阻燃材料吸收冷却液（水、聚乙烯乙二醇与聚丙烯乙二醇的混合物）的倍率高，吸收速度快。

另外，在向体系中加入交联剂、引发剂以及聚乙烯醇以后，应当进行充分搅拌，使整个体系混合均匀，确保聚乙烯醇尽可能均匀的分散在预聚物内部，便于后续形成均匀的、高质量的空腔体和类毛细管结构。

步骤S102：将步骤S101得到的体系升温至70-80℃，静置得到聚合产物，洗涤，干燥。

本申请中，预聚物溶液发生聚合反应的温度为70-80℃，静置反应后可制得聚合产物，静置的时长为0.5-2小时。若聚合反应的温度太高或者聚合反应的时间过长，则吸水阻燃材料会被交联过度，对树脂的吸水倍率造成很大的影响，致使吸水阻燃材料吸水严重下降；若聚合反应的温度太低或者聚合反应的时间过短，则不能对交联剂起到充分的作用，会使交联剂和树脂不能很好地反应，达不到表面交联的效果。

下面以丙烯酸或丙烯酸钠为单体，聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂，过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂、2，4，6-三溴苯基马来酰亚胺为阻燃剂聚合而成的吸水阻燃材料为例，具体论述本申请提供的吸水阻燃材料吸收冷却液以及阻燃的原理。

本吸水阻燃材料的阻燃机理如下：

高分子材料的燃烧过程，主要是高温时裂解，由此产生低分子量气体而燃烧。其间由于生成活性自由基(如OH·、O·、H·)，成为裂解引发剂，急剧加速高分子材料裂解燃烧速度。本申请中，吸水阻燃材料具有高溴含量和共轭马来酰亚胺环状结构，能够在燃烧或高温的情况下分解生成溴化氢气体，溴化氢气体能够捕获传递燃烧链式反应的活性自由基，生成活性较低的溴自由基，致使燃烧减缓或中止。另外，溴化氢气体的比重比空气大，且难燃。一方面能够稀释周围的空气或隔绝新鲜空气的补充；另一方面，溴化氢气体能够覆盖在材料的表面，从而隔离空气致使材料的燃烧速度降低或自熄，进而达到阻燃的目的。

另外，本申请中，水溶性烯属不饱和单体的加入质量优选为阻燃剂加入质量的1.6-6.0倍。若阻燃剂的加入量不足，则吸水阻燃材料高温分解得到的溴化氢气体较少，容易影响材料的阻燃效果；若阻燃剂的加入量过多，则容易降低吸水阻燃材料的物理机械性能以及热稳定性能。

请参考图3和图4，所示分别为本申请提供的吸水阻燃材料吸收冷却液的原理示意图以及聚丙烯酸（钠）吸水阻燃材料吸水前后的形态变化示意图。由图3和图4可见，本申请获得的聚丙烯酸（钠）吸水阻燃材料为三维网状结构，当吸水阻燃材料与冷却液中的水接触后，其分子链上的亲水性离子发生电离，形成自由（移动）离子。为了保持吸水阻燃材料内部的电中性，自由离子需要与累积在高分子链上的高分子电解质电荷抗衡，因而自由离子被束缚在吸水阻燃材料的网络内部，而不会向外部扩散。随着自由离子数量的增加，吸水阻燃材料的内部和外部形成较大的浓度差，从而产生较大的渗透压，冷却液能够在渗透压的作用下进入吸水阻燃材料的内部，从而实现冷却液的吸收。

但是，冷却液中水的分子量较小，能够在渗透压的作用下快速进入吸水阻燃材料的内部，而冷却液中的分子量较大的聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇等物质，由于分子量较大，很难通过仅渗透压作用就能快速进入吸水阻燃材料内部。由于冷却液中的聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇等物质所占比例较大，若吸水阻燃材料仅仅依靠渗透压作用吸收冷却液，则可能由于聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇的吸收速度较慢，无法及时吸收，而存在损坏电子元器件甚至引起火灾的风险。

为了避免以上风险，本申请将水溶性烯属不饱和单体与碱溶液混合后形成体系，向该体系中加入交联剂、引发剂、聚乙烯醇以及阻燃剂。本吸水阻燃材料能够快速吸收聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇的吸收原理如下：

本申请通过洗涤操作，将分散在聚合产物中的聚乙烯醇洗去，留下空腔体。随着自由离子数量的不断增加，吸水阻燃材料内部的静电斥力增强，使得吸水阻燃材料不断膨胀。一方面，使得冷却液中的水更快的进入吸水阻燃材料内部；另一方面，聚乙烯醇留下的空腔体会被拉伸成“类毛细管”结构，冷却液中分子较大的聚乙烯乙二醇和聚丙烯乙二醇在毛细管作用下进入吸水阻燃材料内部，从而实现冷却液的快速吸收。

遵循毛细吸液的原理，在“类毛细管”结构中液体吸附的长度（或高度）遵循如下公式：

其中，γ为表面张力；θ为接触角；ρ为液体密度；g为重力加速度；r为细管半径（这里可以看做等效半径）。

在空腔体逐渐被拉伸的情况下，其等效半径渐渐变小，聚乙烯乙二醇和聚丙烯乙二醇等有机物能够被毛细效应快速的吸附进吸水阻燃材料内部，直至均匀分布到整个吸水阻燃材料内部。

本申请中，洗涤操作具体为：在50-100℃的温度下充分水洗，其目的是将分散在聚合产物中的聚乙烯醇（简称PVA，英文全称：polyvinyl alcohol）完全除去。由于聚乙烯醇易溶于水，并且其最大溶解度对应的溶解温度为75～80℃，因此，使用50-100℃的水清洗聚合产物，可使聚乙烯醇充分溶解在水中，有利于彻底除去聚合产物中的聚乙烯醇。一方面提高吸水阻燃材料的纯度，另一方面可在吸水阻燃材料内部留下大量空腔体，促进冷却液中大分子物质的吸收，提高冷却液的吸收速率。

液冷散热系统的冷却液中通常为50%左右的水以及50%左右的聚乙烯乙二醇与聚丙烯乙二醇的混合物，可见，聚乙烯乙二醇与聚丙烯乙二醇的混合物的占比很大，一旦连接管路出现缝隙，则该连接管路内的冷却液会沿着缝隙持续不断的渗漏出来，直到连接管路被修复为止。因此，吸水阻燃材料对冷却液，尤其是对大分子有机物的吸收速度和吸收倍率都是至关重要的，而决定大分子有机物吸收速度和吸收倍率的重要因素在于聚乙烯醇的数量和分散性能。本申请所述的吸收倍率为吸水阻燃材料达到吸收饱和状态时，所吸收的冷却液的重量与吸水阻燃材料自身重量的比值。

聚乙烯醇在聚合产物中分散性能的一个重要影响因素为聚乙烯醇的相对分子质量。本申请的优选方案中，聚乙烯醇的相对分子质量为200-2000。

PVA通常可分为超高聚合度PVA（相对分子量为25～30万）、高聚合度PVA（相对分子量为17～22万）、中聚合度PVA（相对分子量为12～15万）和低聚合度PVA（相对分子量为2.5～3.5万）。本申请优选方案中，选用相对分子质量为200-2000的PVA，相对分子质量较常规使用的PVA明显减小，有利于提高PVA在聚合产物内部的分散性能，以及降低纤维状PVA的长度和直径，便于PVA形成更多、分散性更好的空腔体，避免PVA纤维由于过长、过粗，而在聚合产物内部相互缠绕或接触，影响后续“类毛细管”结构的形成效果。

聚乙烯醇在聚合产物中数量的一个重要影响因素为聚乙烯醇的加入量。本申请的优选方案中，水溶性烯属不饱和单体的加入质量为所述聚乙烯醇加入质量的1.6-4.0倍。

若聚乙烯醇的加入量过小，则难以形成足够数量的空腔体以及“类毛细管”结构，影响大分子有机物和水的吸收速度和吸收倍率。当吸水阻燃材料制成复合管材时，很可能出现由于冷却液吸收不及时，而迫使复合管材的内外层（基层和吸水阻燃层）分离，导致冷却液外泄，损坏激光投影机的其他电子元器件。

若聚乙烯醇的加入量过大，则聚合产物中的空腔体过多，很可能存在两个或者两个以上的空腔体相互重叠或者交叉，使得重叠或者交叉的多个空腔体的内径变大。一方面，内径较大的空腔体需要吸水阻燃材料在膨胀量较大时，才能够被拉伸为“类毛细管”结构，吸水阻燃材料在膨胀量较大意味着需要先行吸收更多的水分，显而易见的，所需的吸收时间更长，影响大分子有机物的吸收速度；另一方面，空腔体内径较大时，其形成的“类毛细管”结构的半径也随着增大，根据上述毛细吸液原理的公式可见，“类毛细管”结构的半径与液体吸附的高度为反比关系，即“类毛细管”结构的半径越大，则液体吸附的高度越小，也就是吸液量越少，影响大分子有机物和水的吸收倍率。可见，若聚乙烯醇的加入量过大，则可能影响冷却液的吸收速度以及吸收倍率。经研究发现，水溶性烯属不饱和单体的加入质量为聚乙烯醇加入质量的1.6-4.0倍时，制成的吸水阻燃材料的吸收性能最佳。

请参考图5，所示为本申请提供的一种包覆有吸水阻燃层的管材的结构示意图。

根据以上制得的吸水阻燃材料，本申请还提供一种包覆有吸水阻燃层的管材，所述管材包括基层和复合于所述基层外表面的吸水阻燃层，其中，吸水阻燃层由上述吸水阻燃材料制得。

基层与吸水阻燃层的复合具有多种方式，比如，将粘性物质涂覆于基层的部分表面上，再将基层与吸水阻燃层进行部分粘合，其中，基层上涂覆有粘性物质的部分表面可与吸水阻燃层相对应的部分表面紧密结合，基层上未涂覆粘性物质的剩余表面与吸水阻燃层的剩余表面可在粘性物质的作用下，紧密贴合在一起，吸水阻燃层上未覆盖粘性物质的部分，可在基层出现裂缝的情况下，快速吸收冷却液，防止冷却液渗出。此方法制成的复合管材，由于基层与吸水阻燃层之间存在粘性物质，而粘性物质无法吸收冷却液，导致吸水阻燃层的有效吸收面积下降，影响材料对冷却液的吸收效果和阻燃效果。

出于对冷却液的吸收效果和阻燃效果、批量生产以及生产能耗等多方面因素考虑，本申请可按照图6所示的方法生产复合管材，具体步骤如下：

步骤S201：将水溶性烯属不饱和单体与碱溶液混合形成体系，向该体系中加入交联剂、引发剂以及阻燃剂，搅拌，其中，所述阻燃剂能够溶解于所述水溶性烯属不饱和单体与所述碱溶液形成的体系中；

步骤S202：将内管固定于模具主体的中心位置，将步骤S201得到的体系加入到所述内管的外壁与所述模具主体的内壁之间，升温并静置反应，得到预复合管材；

步骤S203：将所述预复合管材洗涤，干燥。

上述制备管材的方法中，水溶性烯属不饱和单体、碱溶液、交联剂、引发剂以及阻燃剂所选择的种类、优选的物质、所使用的量，以及升温、洗涤、干燥的条件均与前述制备吸水阻燃材料相同，这里不再赘述。

为了便于清晰的了解模具加工管材的过程，请参考图7，所示为步骤S202中所使用的模具的结构示意图。如图7所示，本方法中，模具包括模具主体100，模具主体100的中心位置设有柱形的固定件200。固定件200用于固定内管，并在后续步骤（升温、洗涤和干燥等步骤）完成后形成管材的基层；固定件与模具主体之间的腔体用于加入步骤S201得到的混合体系，并在后续步骤完成后形成管材的吸水阻燃层。

在70-80℃条件下进行反应的过程中，一方面，步骤S201中获得的反应体系发生聚合反应，聚合产物为预成型的吸水阻燃层，预成型的吸水阻燃层经过后续的洗涤和干燥后形成复合管材中的吸水阻燃层；另一方面，步骤S201中获得的反应体系可在以上温度条件下，紧密包覆于内管的外表面。本方法能够在同一步骤中，实现以上两方面作用，有利于提高管材的加工效率以及降低生产能耗。另外，利用模具制造复合管材的方式，有利于实现本管材的批量生产，从而进一步提高管材的加工效率、降低生产能耗。

当基层中出现较大缝隙时，冷却液流出的速度和作用力可能较大，有可能出现吸水阻燃层来不及完全吸收的情况，此时冷却液停留在基层与吸水阻燃层之间。由于本申请管材的基层和吸水阻燃层在升温条件下制得，使得二者之间的结合力较强，即使出现冷却液暂时留置的情况，复合管材中绝大部分的基层和吸水阻燃层依然紧密结合在一起，不会被泄漏的冷却液的冲击力冲开，从而保持管材的完整，更好的保护激光投影机中的其他元器件。

上述制备管材的方法中，所述内管的材质可以为PTFE（聚四氟乙烯，英文全称：Polytetrafluoroethylene）、聚偏氟乙烯类材料、EPDM（三元乙丙橡胶，英文全称：EthylenePropylene Diene Monomer，）、PE（聚乙烯，英文全称：polyethylene）、PP（聚丙烯，英文全称：Polypropylene）以及PVDF（聚偏氟乙烯，英文全称：Polyvinylidene fluoride）中的任意一种。由于聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯类材料具有耐候性好、强度高、不容易老化以及管阻小等多方面优点，因此，本管材的内管可优选为聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯类材料。

但是，聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯类材料的表面能级很低，不利于吸水阻燃层的附着和包覆，因此，本申请还可以包括对内管的预处理步骤，预处理步骤为打磨或者表面等离子处理，其中，表面等离子处理可以采取现有技术中的任何一种可以实现的方式，这里不再详述。

另外，由于包覆于基层外表面的吸水阻燃层的强度较低，在承受外力时，吸水阻燃层的表面（即复合管材的外表面）容易破损，因此，为了避免吸水阻燃层破裂而影响冷却液吸收的问题，本申请提供的管材还包括包覆于所述吸水阻燃层外表面的防护层，所述防护层的强度大于所述吸水阻燃层的强度。防护层可以为棉布、麻布、尼龙布等多种材料，将以上材料捆绑、装套在吸水阻燃层的外部即可实现防护层的添加。

本申请还提供一种液冷散热系统，所述系统包括：连通管路，该连通管路使用的是为以上复合管材。液冷散热系统还包括吸热装置、驱动装置以及散热装置，所述吸热装置、所述驱动装置以及所述散热装置之间通过所述连通管路相连通，并形成闭合回路。

此外，本申请还提供一种激光投影机，所述激光投影机中包括上述液冷散热系统。

本申请还可以将吸水阻燃材料单独制成片材，并将片材安放在液冷散热系统与PCB板等电子元件之间，当液冷散热系统漏液时，流出的冷却液可以被吸水阻燃材料片材吸收，防止冷却液损坏激光投影机内部的其他电子元件。

本申请提供的预聚物溶液中均匀混合有呈纤维状的聚乙烯醇，在聚合反应结束后再将聚乙烯醇清洗掉，可使所得的网状吸水阻燃材料内部留有大量的空腔体。吸水阻燃材料与冷却液中的水接触后，其分子链上的亲水性离子发生电离，随着电离出离子数量的增加，吸水阻燃材料内的渗透压逐渐增大，水在渗透压的作用下不断进入吸水阻燃材料的内部；随着离子数量的增加，吸水阻燃材料内部的静电斥力增强，使得吸水阻燃材料不断膨胀，聚乙烯醇留下的空腔体被拉伸成“类毛细管”结构，冷却液中分子较大的聚乙烯乙二醇和聚丙烯乙二醇在毛细管作用下进入吸水阻燃材料内部，从而完成冷却液的吸收。本申请公开的吸水阻燃材料不需要借助另外添加的纤维类物质即可实现毛细管效应，使得吸水阻燃材料质地均匀、粘合力强，更容易与管路中的基层材质复合。应用以上吸水阻燃材料的管材和液冷散热系统，能够快速吸收渗漏的冷却液；另外，冷却液中大量的聚乙烯乙二醇和聚丙烯乙二醇进入空腔体，能够在一定程度上减缓吸水阻燃材料膨胀的速度，可避免膨胀作用力过大而损坏激光投影机内部的其他电子元件。

另外，本申请还在吸水树脂制备原料中加入阻燃剂，阻燃剂与以上原料混合后，可以独立的分散在各个原料之间（添加型阻燃剂），也可以与以上原料发生共聚反应而以化学键的形式相结合（反应型阻燃剂）。阻燃剂的以上两种存在方式，均有利于提高吸水树脂的阻燃性能和耐热性能，从而共同构成吸水阻燃材料。应用以上吸水阻燃材料的管材和液冷散热系统，能够快速吸收渗漏的冷却液，防止造成冷却液液滴的滴落或喷溅，能够有效的避免因漏液引起的元器件损坏；另外，本吸水阻燃材料同时具有一定的阻燃性能，一旦冷却液泄漏起火，则吸水阻燃材料可以阻止管道内部的冷却液与火相遇而加重火势，从而进一步降低安全隐患。

实施例1

步骤S111：保持温度不超过10℃，在一个小烧杯中加入8份丙烯酸、20份水，混合均匀，然后缓慢加入12份的氢氧化钠溶液（浓度为5mol/L），再次混匀，加入0.3份聚乙二醇二丙烯酸酯，搅拌，再加入0.6份浓度为1% 的过硫酸铵溶液和0.3份浓度为1%的亚硫酸氢钠溶液，然后再加入3份2，4，6-三溴苯基马来酰亚胺，充分搅拌，使整个体系混合均匀，得到预聚物溶液。

步骤S112：将预聚物溶液升温至70℃，静置反应0.5小时，反应结束后，将聚合产物在50℃的水中清洗，然后在130℃下干燥至恒重，获得吸水阻燃材料。

实施例2

步骤S121：保持温度不超过10℃，在一个小烧杯中加入10份丙烯酸、25份水，混合均匀，然后缓慢加入15份的氢氧化钠溶液（浓度为7mol/L），再次混匀，加入0.4份聚乙二醇二丙烯酸酯，搅拌，再加入0.8份浓度为1% 的过硫酸铵溶液和0.2份浓度为1%的亚硫酸氢钠溶液，然后再加入3份聚乙烯醇和2份2，4，6-三溴苯基马来酰亚胺，充分搅拌，使整个体系混合均匀，得到预聚物溶液。

步骤S122：将预聚物溶液升温至75℃，静置反应1小时，反应结束后，将聚合产物在70℃的水中清洗，然后在140℃下干燥至恒重，获得吸水阻燃材料。

实施例3

步骤S131：保持温度不超过10℃，在一个小烧杯中加入12份丙烯酸、30份水，混合均匀，然后缓慢加入17份的氢氧化钠溶液（浓度为6mol/L），再次混匀，加入0.5份聚乙二醇二丙烯酸酯，搅拌，再加入0.6份浓度为1% 的过硫酸铵溶液和0.9份浓度为1%的亚硫酸氢钠溶液，然后再加入5份聚乙烯醇和5份2，4，6-三溴苯基马来酰亚胺，充分搅拌，使整个体系混合均匀，得到预聚物溶液。

步骤S132：将预聚物溶液升温至80℃，静置反应2小时，反应结束后，将聚合产物在100℃的水中清洗，然后在150℃下干燥至恒重，获得吸水阻燃材料。

对比例：

步骤S141：保持温度不超过10℃，在一个小烧杯中加入10份丙烯酸、25份水，混合均匀，然后缓慢加入15份的氢氧化钠溶液（浓度为7mol/L），再次混匀，加入0.4份聚乙二醇二丙烯酸酯，搅拌，再加入0.8份浓度为1% 的过硫酸铵溶液和0.2份浓度为1%的亚硫酸氢钠溶液，然后再加入3份聚乙烯醇，充分搅拌，使整个体系混合均匀，得到预聚物溶液。

步骤S142：将预聚物溶液升温至75℃，静置反应1小时，反应结束后，将聚合产物在70℃的水中清洗，然后在140℃下干燥至恒重，获得吸水阻燃材料。

对比例所示的制备方法中，不添加2，4，6-三溴苯基马来酰亚胺，除此之外的其他制备条件，与实施例2完全相同。请参见表1，所示为本申请提供的实施例与对比例的实验结果。

表1：本申请提供的实施例与对比例的实验结果表

项目	吸收倍率	形貌	膨胀速度	极限氧指数
					实施例1	205	不存在空腔体	剧烈	25
实施例2	297	存在空腔体	缓和	23
					实施例3	253	存在空腔体	缓和	28
对比例	295	存在空腔体	缓和	17

由表1可见，实施例1-3制得的吸水阻燃材料，其吸收冷却液的倍率均在200以上，尤其是制备条件相似的实施例2，其吸收倍率为297，远超不添加聚乙烯醇的实施例1的吸收倍率，另外，添加聚乙烯醇的实施例制备的吸水阻燃材料，均存在空腔体，且吸收冷却液后的膨胀速度较为缓和。以上分析结果表明，聚乙烯醇的存在能够在吸水阻燃材料形成空腔体，空腔体的存在有利于降低吸水阻燃材料的膨胀速度，提高吸水阻燃材料的吸收倍率。另外，极限氧指数是聚合物在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度，是一种表征材料燃烧行为的指数。对比例的极限氧指数远低于实施例1-3的极限氧指数，可见，本申请在原料中添加阻燃剂，能够在一定程度上提高材料的阻燃效果，从而进一步降低冷却液引起的安全隐患。

本申请实施例部分，主要探讨主要反应原料、及其用量和反应条件对吸水阻燃材料的影响，实施例1-3中反应原料的种类可随意替换为本申请列举的任意一个可替换的原料，这里不再在实施例中举例。另外，冷却液也可以为聚乙烯乙二醇和水的混合物、聚丙烯乙二醇和水的混合物、乙二醇和水的混合物以及丙二醇和水的混合物等多种形式的组合物，本申请提供的吸水阻燃材料对以上各种组分的冷却液均具有较好的吸收效果，其吸收原理与上述原理类似，这里不再赘述。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种吸水阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将水溶性烯属不饱和单体加入水中，然后与碱溶液混合形成体系，向该体系中加入交联剂、引发剂、阻燃剂和聚乙烯醇，搅拌，其中，所述阻燃剂能够溶解于所述水溶性烯属不饱和单体与所述碱溶液形成的体系中；

步骤2：将步骤1得到的体系升温至70-80℃，静置得到聚合产物，洗涤，干燥；其中的各组分的重量配比为：

水溶性烯属不饱和单体8-12重量份，水20-30重量份，碱溶液12-17重量份且浓度为5-7mol/L，交联剂0.3-0.5重量份，引发剂0.5-1.5重量份，聚乙烯醇3-5重量份，阻燃剂重量份为水溶性烯属不饱和单体重量份的1/6-5/8倍；

其中：

所述水溶性烯属不饱和单体包括(甲基) 丙烯酸及其盐、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸及其盐、(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯或二乙基氨基丙基(甲基) 丙烯酰胺的一种或多种；

所述阻燃剂包括添加型阻燃剂或反应型阻燃剂；

所述交联剂包括聚乙二醇二丙烯酸酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、三烯丙基胺、甘油二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和乙二胺中的一种或几种；

聚乙烯醇的相对分子质量为200-2000。

2.根据权利要求1所述的吸水阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为反应型阻燃剂。

3.根据权利要求1所述的吸水阻燃材料的制备方法，其特征在于，

所述单体选自丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、丙烯酸和丙烯酸衍生物中的一种或多种；

所述交联剂选自聚乙二醇二丙烯酸酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、甘油二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯及三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种；

所述引发剂选自过氧化氢、过硫酸铵和过硫酸钾三者之一与亚硫酸氢钠的混合物；

所述阻燃剂为2，4，6-三溴苯基马来酰亚胺。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的方法制备的吸水阻燃材料。

5.一种包覆有吸水阻燃层的管材，其特征在于，所述管材包括基层和包覆于所述基层外表面的吸水阻燃层，所述吸水阻燃层的材质为权利要求4所述的吸水阻燃材料。

6.根据权利要求5所述的管材，其特征在于，所述管材还包括包覆于所述吸水阻燃层外表面的防护层，所述防护层的强度大于所述吸水阻燃层的强度。

7.一种液冷散热系统，其特征在于，所述系统包括：

吸热装置、驱动装置、散热装置以及连通管路，所述吸热装置、所述驱动装置以及所述散热装置之间通过所述连通管路相连通，并形成闭合回路；所述连通管路所用的管材是如权利要求5或6所述的管材。

8.一种激光投影机，其特征在于，所述激光投影机中包括如权利要求7所述的液冷散热系统。

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