CN109437661A - 一种隔热防火复合材料及其制备、应用方法 - Google Patents

一种隔热防火复合材料及其制备、应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔热防火复合材料，首先对目前常用的二氧化硅进行改性，制得改性二氧化硅纳米微孔材料，再将该材料内嵌于无机棉毡内部，然后在无机棉毡表面依次涂覆热熔胶和聚酰亚胺，最后采用热封成型的方式，将改性二氧化硅纳米微孔材料、无机棉毡、热熔胶、聚酰亚胺复合在一起，形成一种隔热性能好、防火性能佳、耐老化能力强、形态保持能力好的复合材料。本发明中隔热复合材料具有良好的加工性能，能够适应模切设备的加工要求，切割出满足设计要求和使用要求的隔热防火模切产品，应用于元器件的组装中，起到隔热、防火的作用。

Description

一种隔热防火复合材料及其制备、应用方法
技术领域
本发明属于隔热材料开发领域，具体涉及一种隔热防火复合材料及其制备方法、应用方法。
背景技术
纳米颗粒之间的接触为极小的点接触，点接触的热阻大，使得纳米微孔隔热材料的传热系数非常小，因此纳米微孔隔热材料应用广泛，从大型建筑和设备的保温材料到结构精细的微电子领域，都能见到纳米微孔隔热材料的身影。目前实际应用中的纳米微孔隔热材料大多以二氧化硅气凝胶为主体材料，它的体积密度低，气孔率高，热传递过程中的导热和对流换热作用能够得到有效控制，使它具有优于传统绝热材料的绝热性能。二氧化硅纳米微孔材料虽然有上述优异性能，但是在应用过程中也存在一些缺陷：比如高温条件下红外辐射严重导致绝热效果降低，长期处于高温环境下其体积收缩较大，易引起变形及开裂。
与大型建筑和设备的保温材料相比，当纳米微孔隔热材料应用于精细的微电子领域时，需要材料具有更好的性能。由于电子元器件的结构和安装方式均较为复杂，因此，需要隔热材料能够很好地隔离各元器件之间，以及元器件与空气之间的热量传输；需要隔热材料具有良好的稳定性能，在元器件电压电流变化过程中保持隔热材料的稳定，不变形、不变质；同时还需要隔热材料具有良好的加工性能，方便切割，能根据元器件的形状和设计要求将隔热材料切割成形状各异的模切产品。
因此，对纳米微孔隔热材料进行进一步改性，使之自身具备优异性能的同时还能适应模切设备的加工要求，制备出满足要求的模切产品，这对于纳米微孔隔热材料在微电子领域的应用具有很好的促进作用。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种隔热防火复合材料，首先对目前常用的二氧化硅进行改性，制得改性二氧化硅纳米微孔材料，再将该材料内嵌于无机棉毡内部，然后在无机棉毡表面依次涂覆热熔胶和聚酰亚胺，最后采用热封成型的方式，将改性二氧化硅纳米微孔材料、无机棉毡、热熔胶、聚酰亚胺复合在一起，形成一种隔热性能好、防火性能佳、耐老化能力强、形态保持能力好的复合材料。本发明中隔热复合材料具有良好的加工性能，当应用于微电子领域时，能够适应模切设备的加工要求，切割出满足设计要求和使用要求的隔热防火模切产品，应用于元器件的组装中，起到隔热、防火的作用。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明提供了一种隔热防火复合材料，该复合材料包括无机棉毡，内嵌于所述无机棉毡内部的阻热颗粒，涂覆于所述无机棉毡表面的热熔胶，以及包覆于所述热熔胶表面的聚酰亚胺。
进一步地，所述无机棉毡面密度为60-95g/m2。
进一步地，所述隔热防火复合材料的厚度为100-500μm。
进一步地，所述隔热防火复合材料的导热系数为0.008-0.015。
进一步地，所述阻热颗粒为纳米微孔隔热材料颗粒。
进一步地，所述阻热颗粒的制备方法包括如下步骤：
S01，混料：将气相二氧化硅、结合剂、遮光剂、高铝纤维按质量比为1：（0.2-0.6）：（0.15-0.2）：（0.08-0.13）进行混合，然后在球磨机中干混15-20min；
S02，模压：将S01中干混后的混合料在5-10Mpa的压力下压合，然后在115-120℃的干燥箱中干燥2-5h；
S03，煅烧：将S02中干燥后的混合料在600-800℃下煅烧1-1.5h，然后冷却至室温；
S04，制粒：将S03中冷却后的混合料破碎、研磨至粒径为20-40μm，制得所述阻热颗粒。
进一步地，所述结合剂为酚醛树脂或磷酸中的至少一种；所述遮光剂为氧化锌或碳化硅中的至少一种。
本发明中隔热防火复合材料以气相二氧化硅为基础材料，加入结合剂、遮光剂和高强纤维对其进行改性。添加遮光剂能够反射和散射部分红外辐射，降低辐射传热效果，改善复合材料在高温下的绝热效果，高强纤维能够提高强度和韧性，改善复合材料的力学性能。在阻热颗粒制备过程中，干混提高原料之间的均匀性，使原料相互融合，防止固体原料内部空隙的坍塌，模压和煅烧过程进一步缩小颗粒内部、颗粒间的间隙，形成纳米级的气孔，使该间隙小于空气的平均热运动自由程，将空气分子锁闭在气孔中，限制空气分子的热运动，使得静止空气分子之间的微小对流传热作用消失，降低复合材料的导热系数。
本发明中还提供了一种上述隔热防火复合材料的制备方法：首先将阻热颗粒内嵌于无机棉毡内，然后在无机棉毡表面涂覆热熔胶，再在热熔胶表面涂覆聚酰亚胺，最后通过热封成型，制得所述隔热防火复合材料。
进一步地，所述热封成型的热封温度为105-115℃。
本发明中复合材料由外及内分别为聚酰亚胺、热熔胶、无机棉毡、阻热颗粒，采用热熔成型的方式，使聚酰亚胺包覆于无机棉毡表面，能够有效提高复合材料结构的稳定性。同时，热封成型方式简单易操作，成本低，热封效果好，能够使复合材料形成均匀的结构，提高复合材料性能的稳定性。
本发明中还提供了一种上述隔热防火复合材料的应用方法：所述隔热防火材料应用于制备模切材料。模切材料尺寸小，精度要求高，需要有良好的加工性能，并且在满足性能要求的同时能够裁切出所需要的形状，用于元器件的连接或隔离。本发明中隔热防火复合材料采用热封成型的方式，能够实现热封、裁切一次成型，具有很好的加工性能，通过模切设备，容易将本发明中复合材料裁切成需要的模切材料，裁切之后的模切材料样品结构均匀、性能一致性好。
本发明具有以下优点：
1. 本发明中对二氧化硅纳米微孔材料进行改性，减小阻热颗粒与空气之间的辐射传热和对流传热，降低了复合材料的传热系数。
2. 本发明中无机棉粘热封于聚酰亚胺内，使得复合材料的结构和性能更加稳定。
3. 本发明中热封成型操作简单易行、成本低，由此方法制备法复合材料结构均匀。
4. 本发明中复合材料加工性能好，适用于制备体积小、精度要求高的模切材料。
附图说明
图1为本发明中隔热防火复合材料的结构示意图。
图中标记说明：1、聚酰亚胺；2、热熔胶；3、无机棉毡；4、阻热颗粒。
具体实施方式
下面附图和结合实施例对本发明进行详细的说明。
本实施例中隔热防火复合材料结构如附图1所示。由附图1可知，复合材料由外及内分别为聚酰亚胺1、热熔胶2、无机棉毡3、阻热颗粒4。该热封结构能够有效提高复合材料的稳定性，降低导热系数，提高防火性能。
实施例中无机棉毡面密度均为80g/m2，隔热复合材料厚度为400μm。
实施例1
本实施例中阻热颗粒的制备方法为：
S01，混料：将气相二氧化硅、酚醛树脂、氧化锌、高铝纤维按质量比为1：0.2：0.15：0.1进行混合，然后在球磨机中干混20min；
S02，模压：将S01中干混后的混合料在6Mpa的压力下压合，然后在120℃的干燥箱中干燥2h；
S03，煅烧：将S02中干燥后的混合料在650℃下煅烧1h，然后冷却至室温；
S04，制粒：将S03中冷却后的混合料破碎、研磨至粒径为20-40μm，制得所述阻热颗粒。
本实施例中隔热防火复合材料的制备方法为：首先将上述阻热颗粒内嵌于无机棉毡内，然后在无机棉毡表面涂覆热熔胶，再在热熔胶表面涂覆聚酰亚胺，最后通过热封成型，制得所述隔热防火复合材料，所述热封成型的热封温度为108℃。
实施例2-6
与实施例1相比，实施例2-6的不同之处在于阻热颗粒的原料配比不同。
实施例1-6中阻热颗粒的原料配比如下表所示。
对比例1
对比例1中隔热防火复合材料为无机棉毡内嵌气相二氧化硅，外层不热封热熔胶和聚酰亚胺。其中无机棉毡与实施例1-6中相同，复合材料厚度与实施例1-6中相同。
对比例2
对比例2中隔热防火复合材料为无机棉毡内嵌气相二氧化硅，外层热封热熔胶和聚酰亚胺。其中无机棉毡与实施例1-6中相同；复合材料厚度与实施例1-6中相同；热封成型方法与实施例1-6中相同。
对比例3
对比例3中隔热防火复合材料为无机棉毡内嵌阻热颗粒，外层不热封热熔胶和聚酰亚胺。其中无机棉毡与实施例1-6中相同，阻热颗粒制备方法与实施例1-6中相同，复合材料厚度与实施例1-6中相同。
对实施例1-6、对比例1-3分别测量导热系数和防火等级，其中防火等级标准采用防火等级UL94测试标准，测试结果如下表：
由上表可知，与对比例1-3相比，实施例1-6中复合材料导热系数显著降低，防火等级显著提高。由对比例1-3的结果可知，阻热颗粒的加入、聚酰亚胺的热封均能有效提高复合材料的隔热性能和防火性能。由此可知，本发明中在现有纳米微孔材料基础上改性制得阻热颗粒具有良好的隔热防火性能；本发明中聚酰亚胺热封的方式能够有效提高复合材料的隔热防火性能。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种隔热防火复合材料，其特征在于：包括无机棉毡，内嵌于所述无机棉毡内部的阻热颗粒，涂覆于所述无机棉毡表面的热熔胶，以及包覆于所述热熔胶表面的聚酰亚胺。
2.如权利要求1所述隔热防火复合材料，其特征在于：所述无机棉毡面密度为60-95g/m2。
3.如权利要求1所述隔热防火复合材料，其特征在于：所述隔热防火复合材料的厚度为100-500μm。
4.如权利要求1所述隔热防火复合材料，其特征在于：所述隔热防火复合材料的导热系数为0.008-0.015。
5.如权利要求1所述隔热防火复合材料，其特征在于：所述阻热颗粒为纳米微孔隔热材料颗粒。
6.如权利要求1所述隔热防火复合材料，其特征在于：所述阻热颗粒的制备方法包括如下步骤：
S01，混料：将气相二氧化硅、结合剂、遮光剂、高铝纤维按质量比为1：（0.2-0.6）：（0.15-0.2）：（0.08-0.13）进行混合，然后在球磨机中干混15-20min；
S02，模压：将S01中干混后的混合料在5-10Mpa的压力下压合，然后在115-120℃的干燥箱中干燥2-5h；
S03，煅烧：将S02中干燥后的混合料在600-800℃下煅烧1-1.5h，然后冷却至室温；
S04，制粒：将S03中冷却后的混合料破碎、研磨至粒径为20-40μm，制得所述阻热颗粒。
7.如权利要求6所述隔热防火复合材料，其特征在于：所述结合剂为酚醛树脂或磷酸中的至少一种；所述遮光剂为氧化锌或碳化硅中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任一所述隔热防火复合材料的制备方法，其特征在于：首先将阻热颗粒内嵌于无机棉毡内，然后在无机棉毡表面涂覆热熔胶，再在热熔胶表面涂覆聚酰亚胺，最后通过热封成型，制得所述隔热防火复合材料。
9.如权利要求8所述隔热防火复合材料的制备方法，其特征在于：所述热封成型的热封温度为105-115℃。
10.一种如权利要求1-7任一所述隔热防火复合材料的应用方法，其特征在于：所述隔热防火材料应用于制备模切材料。
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