CN109501407A - 防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片及制备方法和使用方法 - Google Patents

防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片及制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片及制备方法和使用方法，该方法包括以下步骤:1）将玻璃纤维针刺毡与溶胶混合浸渍，得到溶胶玻璃纤维毡前体；2）将溶胶玻璃纤维毡前体进行陈化和表面改性处理，得到溶胶纤维毡；3）将溶胶玻璃纤维毡进行超临界CO2干燥处理，得到疏水型纳米气凝胶绝热材料；4）将疏水型纳米气凝胶绝热材料进行型材加工，得到定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料；5）将定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料进行表面贴膜，得到防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。本发明与目前采用的表面附着柔性涂层等方法相比，成本低、效率高、工业简单，很好地解决了气凝胶纤维毡产品的推广应用。

Description

防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片及制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片及制备方法和使用方法,属于纳米材料制作技术领域。
背景技术
汽车的安全问题是我国作为汽车工业大国的重要课题。近年来，汽车安全事故发生频率久久居高不下，其中汽车安全事故最为严重且发生频率较高的便是汽车燃烧事故。汽车长时间连续运行，尾部发动机及排气管部位因产生大量的热从而温度很高，极易引发汽车燃烧。汽车发生燃烧事故时，着火点一般集中在发动机仓位置，由于汽车内饰多为易燃性有机物，火势极易蔓延至乘客舱，且车底铺设为可燃性有机保温材料，从而助长了火势，同时产生大量毒害气体，直接危害乘客的呼吸系统及神经系统，导致乘客难以逃生。截止目前，为降低汽车燃烧安全事故，更好地保护乘客人身安全，科研工作者已在汽车保温隔热防燃领域展开了广泛的研究。
纳米气凝胶绝热毡自身具有导热系数低、保温效果好、A级防火性能、厚度薄、质量轻和使用方便等优点，可广泛应用于汽车保温隔热方面。纳米气凝胶绝热毡绝佳的隔热效果，不仅能降低汽车能耗，还能提高汽车的舒适性和轻盈性，实现汽车轻量化的设计要求。气凝胶的多孔结构和高孔隙率，还可以起到吸声降噪的作用，保证了车内舒适的乘车环境。
由于气凝胶特殊的三维网络结构特点，使得气凝胶存在脆性大、柔性差等缺点，目前通过将玻璃纤维棉或预氧化纤维毡与二氧化硅凝胶复合制备的气凝胶柔性保温毡，在使用过程中存在严重的气凝胶粉体掉落情况，掉粉情况不仅不便进行施工，还威胁施工人员的身体健康，同时降低了气凝胶毡本身的性能。目前采用的在气凝胶绝热毡表面附着柔性涂层防掉粉方案，成本高，涂层与气凝胶绝热毡附着性差，不能完全解决掉粉问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的制备方法，以正硅酸乙酯作前驱体、甲基三乙氧基硅烷作疏水改性剂，通过加入稀盐酸、水，水浴加热，搅拌，再加入氨水作催化剂与玻璃纤维针刺毡进行复合，经水解、超临界CO2干燥后得到的纳米气凝胶绝热材料，采用玻纤防火布贴敷在纳米气凝胶绝热材料的正反表面，得到防掉粉疏水型的纳米气凝胶隔热片。将制得的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片应用于汽车方面，解决汽车的保温隔热问题，以减缓汽车燃烧、保障乘客安全，并解决目前气凝胶复合材料掉粉严重不利于施工人员操作和威胁施工人员健康的难题，从而克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的制备方法，其特征在于:包括以下步骤：
1）将玻璃纤维针刺毡与溶胶混合浸渍，得到溶胶玻璃纤维毡前体；
2）将溶胶玻璃纤维毡前体进行陈化和表面改性处理，得到溶胶纤维毡；
3）将溶胶玻璃纤维毡进行超临界CO2干燥处理，得到疏水型纳米气凝胶绝热材料；
4）将疏水型纳米气凝胶绝热材料进行型材加工，得到定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料；
5）将定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料进行表面贴膜，得到防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。
优选的，步骤1）中所述的玻璃纤维针刺毡基本特性为厚度3mm、密度90～115kg/m³；厚度5mm、密度100～120kg/m³；厚度6mm、密度105～125kg/m³或者厚度10mm、密度120～135kg/m³；
优选的，步骤1）中所述的溶胶由正硅酸乙酯作前驱体、99%工业甲醇、水解催化剂、添加剂按照 16︰（96～128）︰5︰1的体积比均匀混合反应5h。
优选的，步骤2）中所述的陈化液为乙醇或甲醇溶液，陈化温度为50~55℃，陈化时间为≥40h，陈化剂为烷基化试剂。
优选的，步骤3）中所述的干燥温度为50～55℃，干燥压力为14～14.5MPa，CO2气体流量为≥2500kg/h，干燥时间为3-5.5h。
优选的，步骤4）中所述的型材加工是指按一定的长度、宽度要求对纳米气凝胶绝热材料进行切割，得到定尺寸块状的纳米气凝胶绝热材料。
优选的，步骤5）中所述的贴膜材料为防火布和热熔胶。
优选的，步骤5）中所述的表面贴膜是指将防火布和热熔胶全部包裹住定尺寸纳米气凝胶绝热材料的正反两面，经贴膜机压制后得到夹层结构的纳米气凝胶隔热片。
优选的，步骤5）中所述的纳米气凝胶隔热片表面平整，无气凝胶粉体掉落现象。
根据上述制备方法所构成的本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片，包括疏水型纳米气凝胶绝热材料，在所述疏水型纳米气凝胶绝热材料的正反表面上分别通过热熔胶贴敷连接有防火布。
本发明的目的还在于提供上述纳米气凝胶隔热片在汽车行业中的使用方法。
根据上述制备方法所制得的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片在新能源汽车动力电池组的使用方法为，包括新能源汽车动力电池组的制作，在进行新能源汽车动力电池组的制作时，于新能源汽车动力电池组的电池模块的不同列单体之间放置防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片，从而制得隔热片-热管交替排列的动力电池组。
根据上述制备方法所制得的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片用于汽车隔热的使用方法为，将防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片用于汽车引擎盖或/和汽车发动机仓与驾驶舱之间的隔热，即在汽车引擎盖的内表面贴覆一层防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片或/和在汽车的发动机仓与驾驶舱之间之间的隔板上贴覆一层防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明具有以下特点：本发明的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热膜的制备方法，与目前采用的表面附着柔性涂层等方法相比，成本低、效率高、工业简单，很好地解决了气凝胶纤维毡产品的推广应用；很好地从根本上解决了气凝胶材料的疏水性问题；纳米气凝胶绝热材料与热熔胶和玻纤防火布进行复合，经加热熔融的热熔胶将玻纤防火布牢牢固定在纳米气凝胶绝热材料的表面，使纳米气凝胶绝热材料不掉粉，还增加了纳米气凝胶绝热材料的防火隔热性能；该方法易于操作，制备成本低，能够实现生产的连续性，满足实际大批量生产，利于施工人员操作，不会对施工人员产生健康威胁，很好地解决了气凝胶纤维毡产品的推广应用。
附图说明
图1为本发明的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片结构示意图。
附图标记说明：1－疏水型纳米气凝胶绝热材料，2－防火布，3－热熔胶。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不应当看作是对本发明的限定。
本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的制备方法，该方法包括以下步骤：
1）将玻璃纤维针刺毡与溶胶混合浸渍，得到溶胶玻璃纤维毡前体；所述的玻璃纤维针刺毡基本特性为厚度3mm、密度90～115kg/m³；厚度5mm、密度100～120kg/m³；厚度6mm、密度105～125kg/m³或者厚度10mm、密度120～135kg/m³；所述的溶胶由正硅酸乙酯作前驱体、99%工业甲醇、水解催化剂、添加剂按照 16︰（96～128）︰5︰1的体积比均匀混合反应5h。
2）将溶胶玻璃纤维毡前体进行陈化和表面改性处理，得到溶胶纤维毡；所述的陈化液为乙醇或甲醇溶液，陈化温度为50~55℃，陈化时间为≥40h，陈化剂为烷基化试剂。
3）将溶胶玻璃纤维毡进行超临界CO2干燥处理，得到疏水型纳米气凝胶绝热材料；所述的干燥温度为50～55℃，干燥压力为14～14.5MPa，CO2气体流量为≥2500kg/h，干燥时间为3-5.5h。
4）将疏水型纳米气凝胶绝热材料进行型材加工，得到定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料；所述的型材加工是指按一定的长度、宽度要求对纳米气凝胶绝热材料进行切割，得到定尺寸块状的纳米气凝胶绝热材料。
5）将定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料进行表面贴膜，得到防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片；所述的贴膜材料为防火布和热熔胶；所述的表面贴膜是指将防火布和热熔胶全部包裹住定尺寸纳米气凝胶绝热材料的正反两面，经贴膜机压制后得到夹层结构的纳米气凝胶隔热片；所述的纳米气凝胶隔热片表面平整，无气凝胶粉体掉落现象。
根据上述制备方法所构成的本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片，如图1所示，该防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片包括疏水型纳米气凝胶绝热材料1，在所述疏水型纳米气凝胶绝热材料1的正反表面上分别通过热熔胶3贴敷连接有防火布2。
本发明同时提供了防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片在汽车行业中的使用方法。
根据上述制备方法所制得的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片在新能源汽车动力电池组的使用方法为，包括新能源汽车动力电池组的制作，在进行新能源汽车动力电池组的制作时，于新能源汽车动力电池组的电池模块的不同列单体之间放置防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片，从而制得隔热片-热管交替排列的动力电池组。
根据上述制备方法所制得的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的本发明的一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片用于汽车隔热的使用方法为，将防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片用于汽车引擎盖或/和汽车发动机仓与驾驶舱之间的隔热，即在汽车引擎盖的内表面贴覆一层防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片或/和在汽车的发动机仓与驾驶舱之间之间的隔板上贴覆一层防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。
实施例1：
将正硅酸乙酯、99%工业甲醇、水解催化剂、添加剂按照 16︰128︰5︰1的体积比均匀混合反应5h，得到溶胶；将长度为21300mm、宽度为1500mm、厚度为10mm，体积密度为120~135kg/m³的玻璃纤维针刺毡与溶胶混合浸渍，得到溶胶玻璃纤维毡前体。将溶胶玻璃纤维毡前体于50~55℃乙醇溶液中浸泡40h作陈化处理，再加入烷基化试剂进行表面处理，得到溶胶纤维毡。将溶胶玻璃纤维毡进行超临界CO2干燥处理，干燥温度为53℃，干燥压力为14.5MPa，CO2气体流量为2600kg/h，干燥时间为5.5h，得到疏水型纳米气凝胶绝热材料。将疏水型纳米气凝胶绝热材料按照长×宽×厚=1500mm×600mm×10mm的规格进行型材加工，得到定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料。将防火布和热熔胶全部包裹住定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料的两面，经贴膜机压制后得到表面平整的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。
实施例2：
将正硅酸乙酯、99%工业甲醇、水解催化剂、添加剂按照 16︰112︰5︰1的体积比均匀混合反应5h，得到溶胶；将长度为61300mm、宽度为1500mm、厚度为3mm，体积密度为90~115kg/m³的玻璃纤维针刺毡与溶胶混合浸渍，得到溶胶玻璃纤维毡前体。将溶胶玻璃纤维毡前体于50~55℃乙醇溶液中浸泡40h作陈化处理，再加入烷基化试剂进行表面改性，得到溶胶纤维毡。将溶胶玻璃纤维毡进行超临界CO2干燥处理，干燥温度为55℃，干燥压力为14MPa，CO2气体流量为2500kg/h，干燥时间为3h，得到疏水型纳米气凝胶绝热材料。将疏水型纳米气凝胶绝热材料按照长×宽×厚=1500mm×1200mm×3mm的规格进行型材加工，得到定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料。将防火布和热熔胶全部包裹住定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料的两面，经贴膜机压制后得到表面平整的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片的制备方法，其特征在于:包括以下步骤：
1）将玻璃纤维针刺毡与溶胶混合浸渍，得到溶胶玻璃纤维毡前体；
2）将溶胶玻璃纤维毡前体进行陈化和表面改性处理，得到溶胶纤维毡；
3）将溶胶玻璃纤维毡进行超临界CO2干燥处理，得到疏水型纳米气凝胶绝热材料；
4）将疏水型纳米气凝胶绝热材料进行型材加工，得到定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料；
5）将定尺寸疏水型纳米气凝胶绝热材料进行表面贴膜，得到防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤1）中所述的玻璃纤维针刺毡基本特性为厚度3mm、密度90～115kg/m³；厚度5mm、密度100～120kg/m³；厚度6mm、密度105～125kg/m³或厚度10mm、密度120～135kg/m³。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤1）中所述的溶胶由正硅酸乙酯作前驱体，正硅酸乙酯、99%工业甲醇、水解催化剂、添加剂按照 16︰96～128︰5︰1的体积比均匀混合反应5h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤2）中所述的陈化液为乙醇或甲醇溶液，陈化温度为50~55℃，陈化时间为≥40h，表面改性剂为烷基化试剂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤3）中所述的干燥温度为50～55℃，干燥压力为14～14.5MPa，CO2气体流量为≥2500kg/h，干燥时间为3～5.5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤4）中所述的型材加工是指按一定的长度、宽度要求对纳米气凝胶绝热材料进行切割，得到定尺寸块状的纳米气凝胶绝热材料。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤5）中所述的贴膜材料为防火布和热熔胶；所述的表面贴膜是指将防火布和热熔胶全部包裹住定尺寸块状的纳米气凝胶绝热材料的正反两面，经贴膜机压制后得到夹层结构的纳米气凝胶隔热片；所述的纳米气凝胶隔热片表面平整，无气凝胶粉体掉落现象。
8.一种根据权利要求1-7任一项权利要求所述制备方法所构成的防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片，其特征在于：包括疏水型纳米气凝胶绝热材料（1），在所述疏水型纳米气凝胶绝热材料（1）的正反表面上分别通过热熔胶（3）贴敷连接有防火布（2）。
9.一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片在新能源汽车动力电池组的使用方法，包括新能源汽车动力电池组的制作，其特征在于：在进行新能源汽车动力电池组的制作时，于新能源汽车动力电池组的电池模块的不同列单体之间放置防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片，从而制得隔热片-热管交替排列的动力电池组。
10.一种防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片用于汽车隔热的使用方法，其特征在于：将防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片用于汽车引擎盖或/和汽车发动机仓与驾驶舱之间的隔热，即在汽车引擎盖的内表面贴覆一层防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片或/和在汽车的发动机仓与驾驶舱之间之间的隔板上贴覆一层防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片。
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