CN109642697A - 绝热材料和使用其的绝热结构体 - Google Patents

Abstract

使用绝热材料，其为包含纤维和气凝胶的片材，上述纤维在上述片材内沿规定的方向排列。使用绝热结构体，其包括：高温部、冷却部、和将上述高温部和上述冷却部连接的上述绝热材料，上述绝热材料的规定的方向为将上述高温部和上述低温部连接的方向。使用电池的绝热结构体，其包括：第一电池单元；第二电池单元；配置于上述第一电池单元与上述第二电池单元之间的上述绝热材料；和与上述第一电池单元、上述第二电池单元和上述绝热材料相接的冷却板。

Description

绝热材料和使用其的绝热结构体

技术领域

本发明涉及绝热材料和使用其的绝热结构体。特别是涉及在电子设备、精密设备等中对来自发热部件的热进行绝热的绝热材料和使用其的绝热结构体。

背景技术

近年来，随着手机、笔记本电脑等电子设备的高性能化，来自发热部件的发热密度正在急剧地增加，这些电子设备的热扩散技术逐渐成为必须。特别是小型的可移动设备与人体直接接触的机会多，其壳体的外表面的温度上升逐渐成为严重的问题。

作为由可移动设备的壳体外表面的温度上升带来的问题之一，可列举出低温烫伤。低温烫伤为人体在比体温高的温度下长时间暴露而引起的烫伤的一种，有如下报告：在44℃下经过6小时会发生烫伤，每升高1℃，达到烫伤的时间变为一半。

与普通的烫伤相比，对于低温烫伤，大多情况是当事人较晚地注意到症状的进行，注意到时皮肤也大多情况已经遭受了重度的损伤。最近，将小型笔记本电脑在膝上长时间使用时引起低温烫伤的症例较多。对于今后设备的小型化、可移动化的进一步推进的状况，即使是将设备表面的温度抑制得低1℃也是最重要的课题。

作为防止设备表面的温度上升的方法，专利文献1中公开了将层叠有石墨片和绝热材料的片材设置于发热部件与壳体之间。图7中示出其结构的截面图。

在基板700上设置有部件701。在该部件701上层叠有导热体702和绝热体703。壳体704位于其上。

由部件产生的热在导热体702中扩散开。但是，该热不会经由绝热体703而传递至壳体704。结果，热传递到整个导热体702中，热以大面积传递到壳体。最终，即使用手触碰壳体704，也感觉不到局部的热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-111003号公报

发明内容

但是，上述专利文献1的结构中，必须将导热体702和绝热体703这两个构件层叠。另外，对于导热体702与绝热体703这两个构件的层叠体，能够期待在面内方向扩散热的功能，但不能控制热在面内的输送方向。

因此，本申请课题为：提供在面内的热输送方向具有各向异性的绝热材料和使用其的绝热结构体。

为了解决上述课题，使用一种绝热材料，其为包含纤维和气凝胶的片材，上述纤维在上述片材内沿规定的方向排列。

使用一种绝热结构体，其包括：高温部、冷却部、和将上述高温部和上述冷却部连接的上述绝热材料，上述绝热材料的规定的方向为将上述高温部和上述低温部连接的方向。

使用一种电池的绝热结构体，其包括：第一电池单元；第二电池单元；配置于上述第一电池单元与上述第二电池单元之间的上述绝热材料；和与上述第一电池单元、上述第二电池单元和上述绝热材料相接的冷却板。

根据本发明，能够提供即使在电子设备的壳体内的狭窄的空间中也会充分发挥绝热效果、并且可有效地减少从发热部件向壳体的热传导的复合绝热体及包括其的电子设备。

附图说明

图1A为从上方观察实施方式1的纤维片的俯视图。

图1B为从上方观察实施方式1的纤维片的截面图。

图2为纤维取向方向相关的说明图。

图3为实施方式2的纤维片的立体图。

图4为比较例1的示意图。

图5为本发明的实施例1的冷却结构的截面图。

图6为本发明的实施例2的冷却结构的截面图。

图7为示出以往的绝热结构的截面图。

具体实施方式

(实施方式1)

图1A示出作为实施方式1的热对策构件的绝热材料14的俯视图。图1B示出绝热材料14的截面图。需要说明的是，图1A、图1B中，以便于理解的方式示出内部的第一纤维13的位置、形状。

本实施方式1的绝热材料14由发挥绝热性的气凝胶12、和与气凝胶12相比具有传导热的性质的第一纤维13构成。第一纤维13以包封于气凝胶12的形式存在。

气凝胶12与第一纤维13在导热率方面具有差异，气凝胶12的导热率为15mW/mK以上且30mW/mK以下。

另一方面，第一纤维13为有机纤维、无机纤维、金属纤维即可。第一纤维13的导热率优选为100mW/mK以上。

导热率的差异为3倍以上时，热优先通过第一纤维13而传播，在被气凝胶12隔开的第一纤维13间是绝热的。因此，根据第一纤维13的取向，绝热材料14是作为绝热材料并且能够控制热的传播方向的器件。

接着，对本发明的构成部的详细情况进行说明。

(气凝胶12)

气凝胶12的导热率比空气的导热率0.028W/mK(常温)小，具有大致0.015W/mK～0.025W/mK左右的导热率。

该气凝胶12为包含大致85Vol％～95Vol％的空气的发泡体，发泡体的孔的尺寸比空气(氮气)的平均自由程68nm小。因此，气凝胶12保持低的导热率。

气凝胶12可以为整体式(块(bulk)体)、块(block)状、片状、粉末状、纤维状、颗粒状的气凝胶。从导热率的观点出发，优选尽可能高填充有气凝胶12并致密地构成者。

气凝胶12是以各种原料为基础而合成的，作为其代表例而举出碳、纤维素、二氧化硅等，从耐热性、电绝缘性的观点出发，本实施方式中选定二氧化硅作为基础材料。

二氧化硅气凝胶的平均细孔为10～67nm、细孔容积为3.5～8cc/g、具有500～900m2/g的比表面积。具有比空气的平均自由程68nm小的细孔。

平均细孔优选10～50nm、更优选10～30nm。细孔容积优选5～8cc/g、更优选6～8cc/g。体积密度为90～250kg/m³，体积密度优选120～180kg/m³、更优选140～150kg/m³。为了确保绝热性，导热率必须为0.025W/mK以下。

平均细孔径、比表面积及体积密度为上述范围时，绝热性优异，因此适合作为绝热材料。

通常的二氧化硅气凝胶的特征之一可列举出透明性，为了控制辐射率、或抑制静电，可以在对导热率的影响可忽略不计的范围内添加碳的微粒等。

作为制造二氧化硅气凝胶时的起始原料，使用水玻璃(硅酸钠水溶液)，对于制备，可以通过调整水玻璃的硅酸浓度、以及凝胶化时使用的酸的种类和浓度、凝胶化条件(温度、时间、pH)来控制。另外可以通过调整作为疏水化条件的甲硅烷基化剂的量、溶剂的量、温度、时间来控制。干燥条件可以通过调整干燥温度、时间等来控制。

对于该二氧化硅气凝胶的原料的水玻璃，以二氧化硅浓度相对于溶胶总重量成为4～20重量％的方式来制备即可。从成本的观点出发，优选二氧化硅浓度低，从强度的观点出发，优选二氧化硅浓度高。

硅酸浓度为4重量％以下时，硅酸浓度低，因此湿润凝胶骨架的强度不充分。另外，硅酸浓度超过20％时，会有溶胶溶液的凝胶化时间急剧地变快，变得无法控制的情况。

可以通过常压干燥进行制作，也可以通过超临界干燥进行制作。

作为起始原料，可以使用TEOS、MTMS之类的烷氧基硅烷系的材料。使用适当的浓度、催化剂，实施适当的化学液体处理时，能够得到与以水玻璃为起始原料而制作的二氧化硅气凝胶类似的导热率、强度、透明性。

另外，从强度的观点出发，为了提高气凝胶12的粒子彼此的结合强度，可以包含发挥糊材的作用的成分。

作为发挥糊材的作用的成分的代表，可列举出水玻璃、PVA、包含丙烯酸类作为主成分的水溶性粘结剂、酚醛树脂等。

从导热率的观点出发，所述糊材的添加量相对于气凝胶12的重量必须抑制为10％以下、优选5％以下。

作为糊材的添加量，添加10％以上时，导热率会超过30mW/mK，与设置空气层没有区别，因此不能利用气凝胶12的特征。

(第一纤维13)

作为实施方式的第一纤维13，为玻璃棉、玻璃纸、石棉、聚酯等树脂纤维、纤维素纳米纤维等纤维素纤维、纸浆纤维、碳纤维、铜、铝、银等金属纤维及含有上述物质中的多种的复合纤维等即可。第一纤维13可以基于使用时的耐热温度、阻燃性等来选定。

气凝胶12为溶胶的状态时，向第一纤维14复合化的情况下，玻璃棉、纤维素纤维等与溶胶亲和性高的纤维为宜。气凝胶12与第一纤维13的润湿性良好，容易使第一纤维13与气凝胶12复合化。

另外，不易复合化的材料的情况下，为了改善润湿性，还优选添加表面活性剂、润湿剂、粘度调整剂。

关于第一纤维13的形状，使用1mm～51mm左右的经切断的短纤维。作为第一纤维13的直径，可以单独使用1μm～50μm的纤维或混合多种来使用。

另外，由于绝热材料14的强度是必需的，因此优选保持第一纤维13的缠绕(合)。因此优选对第一纤维13实施卷曲加工。卷曲加工为将纤维编织成网络状的加工。是对纤维实施波状的弯曲，使纤维的纵线横线彼此夹住(はさめ合わせる)，从而制成纤维的块的加工。也可以仅使纤维缠绕而不进行编织。卷曲加工困难的情况下，出于增强剂的目的，可以预先混合可在较低的温度下熔接的熔融低熔点纤维。

第一纤维13的集合体以往保持了大量的空气，并利用其空气层的空气的绝热性而表现出绝热效果。但是，由于空气层具有对流成分，因此将该空气层置换为抑制对流成分的气凝胶12。

需要说明的是，第一纤维13的量根据需要绝热的热量、可容许的厚度等而发生变化。

(绝热材料14)

对于作为气凝胶12与第一纤维13的混合体的绝热材料14，热优先在第一纤维13中传递。因此，通过控制第一纤维13的方向，可控制热的流动。即，绝热材料14在某一方向上绝热、并沿纤维的方向传递热。

另一方面，第一纤维13的缠绕少时，绝热材料14的强度不足。由于气凝胶12自身也为脆弱的物质，因此其不具有足够的强度来补偿绝热材料14的强度。

因此，绝热材料14由第一纤维13确保基本所需的强度。进而，绝热材料14通过使传递热的第一纤维13的各向异性提高，从而确保了各向异性。

用图2对第一纤维13的取向方向进行说明。图2为绝热材料14的放大截面图。

第一纤维13在与绝热材料14的平面(表面)平行的规定方向16((片材的情况下，片材的表面方向)取向。沿规定方向16传递热，并在与规定方向16垂直的方向绝热。

优选第一纤维13至少其80％以上相对于规定方向16所成的角度θ落入±45度之间。需要说明的是，所成角度是以规定方向16为轴，轴周围的全部角度。以下同样。

(制造方法)

对实施方式1的绝热材料14的制造方法进行说明。

<概略>

进行如下的溶胶制备工序：将作为气凝胶12的原料的水玻璃中的钠除去，然后调整至进行凝胶化的pH。

接下来，在溶胶发生凝胶化前，进行使溶胶溶液浸渗至第一纤维13的浸渗工序。

接下来，进行用于获得可耐受在溶剂干燥时施加至凝胶的内壁的毛细管力的二氧化硅的坚固的骨架的养护工序。

接下来，进行以下的疏水化工序：为了防止存在于凝胶的内壁的羟基彼此在干燥时脱水缩合、收缩，用甲硅烷基化剂、功能性硅烷使凝胶的表面疏水化。

接下来，进行用于将存在于纤维状绝热材料中的溶剂除去的干燥工序。

需要说明的是，第一纤维13事先如下所述地制成具有各向异性的第一纤维13的团块。

<第一纤维13的事先处理>

使作为无纺布的第一纤维13在一个方向取向。为此，通常使用被称为水刺法或水刺缠绕法的方法。

水刺法为湿式法，由第一纤维13形成网(？)，施加高压水流而使第一纤维13彼此交织。特征在于，能够制成兼具布这样的柔软的质地、悬垂性和纸的均质性的无纺布。用于揩布、电池的间隔件等。

如果控制水刺法的水的流速，则能够控制第一纤维13的方向。另外对于第一纤维13的缠绕，也可以通过水的流速的控制来调整。

第一纤维13的导热率相对于气凝胶12的导热率的比为4以上的情况下，对于第一纤维13，优选至少80％以上的第一纤维13相对于规定方向16所成的角度θ落入±45度。

第一纤维13的导热率相对于气凝胶12的导热率的比小于4时，优选第一纤维13的90％以上的第一纤维13相对于规定方向16所成的角度θ落入±45度。

根据上述，成为从绝热材料的厚度方向向面内的方向传递热、且热传导具有各向异性的绝热材料。

该第一纤维13的规定方向16取决于对第一纤维13实施的卷曲加工的状态，但不限于此，可以认为：即使稍微少的取向，也有能够从本实施方式中受益的可能性。

<溶胶制备工序>

对于实施方式中使用的水玻璃水溶液，以成为5～20重量％的方式来制备即可，优选为10～20重量％、更优选为15～20重量％。水溶液的硅酸浓度小于5％的情况下，由于硅酸浓度低，因此会有湿润凝胶骨架的强度变得不充分的情况。另外，硅酸浓度超过20％时，会有溶胶溶液的凝胶化时间急剧地变快，变得无法控制的情况。

对于水玻璃，在气凝胶12的制造时将水玻璃中所含的钠除去而使用。使用的水玻璃可以为1号水玻璃(二氧化硅浓度35～38重量％)、2号水玻璃(二氧化硅浓度34％～36％)、3号水玻璃(二氧化硅浓度28％～30％)(日本工业标准(JIS K1408))中的任意者。

为了除去水玻璃水溶液中的钠，使用酸离子交换体将水玻璃中所含的钠除去。将该水玻璃与质子型离子交换树脂混合，进行搅拌直到水玻璃水溶液达到pH＝1～3，将钠除去。然后，为了调整至可凝胶化的pH＝5～8，添加碱。碱通常可列举出氨、氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化铝，从调整的容易度的方面出发，优选氨。

或者，可以使用酸以盐的形式生成钠，然后对生成的水凝胶进行清洗，将盐除去，制备溶胶。此时添加水玻璃重量的10～30重量％的酸，养护后对凝胶进行清洗直到电解质变没为止。

此时，使用的酸可列举出盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸、次磷酸、氯酸、亚氯酸、次氯酸等无机酸类、酸性磷酸铝、酸性磷酸镁、酸性磷酸锌等酸性磷酸盐类、乙酸、丙酸、草酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、己二酸等有机酸等。从得到的气凝胶12的凝胶骨架强度的观点出发，优选盐酸。

清洗中使用的溶液使用纯水、甲醇、乙醇、丙醇等水溶性的溶剂为宜。

或者，可以不以包含钠的水玻璃为起始原料，而是使用已经粒生长为胶体状的二氧化硅溶液(pH＝10～11)，可以通过在该调整中将上述酸添加至溶液中并调整至可凝胶化的pH＝5～8来制造同样均匀的水凝胶。此时添加的酸催化剂的添加量根据调整的pH值而不同，为盐酸的情况下，相对于水凝胶的重量100％优选12N盐酸水溶液0.5％～5.0％、更优选1％～2.5％。

<纤维导入工序>

使进行了溶胶制备的液体浸入至包含使用的无纺布的第一纤维13。根据需要，使用辊等将剩余的液体排出到无纺布外，调整无纺布内的液量。此时，优选也同时挤出包封的空气，使液体没有遗漏地填充。

<养护工序>

使溶胶制备液浸渗至绝热材料14后，为了具有足以耐受干燥时施加的毛细管力的强度，需要促使溶胶中的二氧化硅胶体的缩聚、及二次粒子的生长。浸渗的绝热材料14中的溶胶发生凝胶化后，在片材中的水不会挥发的70～95℃、优选80～95℃、更优选90～95℃进行加热养护。这是为了促进二氧化硅粒子的缩聚和二次粒子的生长。

对于养护时间，实施2～24小时，为6～24小时即可，为12～24小时时更优选。或者为了缩短养护时间，可以通过在高温高压中养护来缩短所需养护时间。

<疏水化工序>

对于在添加有二氧化硅的纳米纤维2时使用的甲硅烷基化剂，为通式R¹R² ₂SiCl、或R¹ _nSi(OR²)_4-n(是式中R1及R2彼此没有关系且为C1～C6的直链状烷基、环状烷基或苯基的烷氧基硅烷)所示的硅烷。六甲基二硅氧烷(HMDSO)、六甲基二硅氮烷(HMDS)也适合。

此处，硅烷是由氯硅烷、烷氧基硅烷、硅氮烷构成的一组硅化合物，也为甲硅烷基化剂。特别是该情况下，从与作为溶剂的醇类、酮类、直链脂肪族烃类的相容性出发，烷氧基硅烷为宜。甲硅烷基化剂为可以将有机化合物中的活性氢用Si原子取代的有机硅化合物。将活性氢用Si原子取代。

此处，甲硅烷基化剂是指将有机化合物中的羟基、氨基、羧基、酰胺基、巯基等的活性氢取代为硅的化合物。

另一方面，使用纤维素的纳米纤维2的情况下，在疏水化溶液中产生盐酸时，纤维素会分解。因此，使用R¹ _nSi(OR²)_4-n(式中，R1及R2彼此没有关系，为C1～C6的直链状烷基、环状烷基或苯基)、或六甲基二硅氮烷(HMDS)进行疏水化。

作为R¹R² ₂SiCl，优选三甲基氯硅烷(TMCS)，作为R¹ _nSi(OR²)_4-n，优选三甲基甲氧基硅烷。

使用HMDSO的情况下，以相对于HMDSO的投入量以摩尔比计成为0.02～2.0的方式配混HCl，也能够产生在反应体系中作为活性种的TMCS。该情况下，盐酸水溶液的浓度优选1～12当量浓度、进一步优选10～12当量浓度。

对于甲硅烷基化剂的投入量，相对于水凝胶的细孔容积，优选100％～800％、更优选100％～300％。

对于疏水化反应，根据需要在溶剂中进行，通常在20～100℃、优选在30～60℃实施。反应温度小于20℃的情况下，会有甲硅烷基化剂的扩散不充分、不会充分进行疏水化的情况。

使用的溶剂优选甲醇、乙醇、2-丙醇等醇类、丙酮、甲乙酮等酮类、戊烷、己烷、庚烷等直链脂肪族烃类。疏水化前的凝胶为亲水性的，而甲硅烷基化剂为疏水性溶剂，因此为了使活性种的甲硅烷基化剂效率良好地与水凝胶反应，优选使用作为两亲性的溶剂的醇类或者酮类。

另外，对疏水化时间，为2～24小时时优选，为2～12小时时更优选。

<干燥工序>

接下来，为了使疏水化后的浸渗片中所含的溶剂挥发，在100～150℃下干燥2～5小时。此时，对于基材的绝热材料14，树脂的耐热温度为干燥温度以下的情况下，替换甲醇、乙醇、2-丙醇等醇类、丙酮、甲乙酮等酮类、戊烷、己烷等，而替换为具有树脂纤维的耐热温度以下的沸点的溶剂使其干燥为宜。

(效果)

经过上述各工序得到的绝热材料14虽为单一构件，但可以使热的传递方向在任意方向上倾斜，因此特别是作为以1mm以下的间隙使用的片材是非常有效的。这是因为如果增大厚度，则能够提高绝热性。

即使在任意裁切并使用的情况下，也能半永久地维持热性能。

(实施方式2)

图3示出实施方式2的绝热材料14的立体图。以透明形式图示出气凝胶12。未记载的事项与实施方式1同样。

本实施方式2的绝热材料14由发挥绝热性的气凝胶12和相对具有传导热的性质的第二纤维15构成。

与实施方式1不同，第二纤维15的纤维彼此的缠绕的水平不同。即，由图3和图1的比较可知，图3中第二纤维15彼此不接触，不缠绕。

此处，纤维缠结的状态是指在空的空间中，抬起纤维的一方时，则另一方被抬起的状态。具体而言，第二纤维15为直线状。

对于第二纤维15，作为代表性的例子，使用例如陶瓷纤维那样的拉伸强度高但具有脆的性质这样的纤维。第二纤维15不柔软，第二纤维15没有彼此的缠绕。因此需要强度时，可以根据需要在第二纤维15表面设置树脂系的粘结剂从而进行增强。

可以对第二纤维15自身预先施加树脂系的粘结剂，也可以后续赋予粘结剂来提高强度。

从各向异性的方面出发，对于第二纤维15，优选至少80％以上的第二纤维15与规定方向16所成的角度θ落入±45度。

第二纤维15的导热率相对于气凝胶12的导热率的比为4以上的情况下，对于第二纤维15，优选至少80％以上的第二纤维15相对于规定方向16所成的角度θ落入±45度。

第二纤维15的导热率相对于气凝胶12的导热率的比小于4时，优选第二纤维15的90％以上的第二纤维15相对于规定方向16所成的角度θ落入±45度。

根据上述，绝热材料14成为从厚度方向向面内的方向传递热、且热传导具有各向异性的绝热材料。

从耐热性、耐化学药品性的观点出发导入粘结剂成分困难的情况下，根据需要，可以在玻璃纤维、有机纤维等中复合添加可卷曲加工的纤维彼此容易缠结的纤维材料。

在实施方式2的构成中，与实施方式1相比，第二纤维15不同，因此对不同的部位详细地进行说明。由于其以外的构成与实施方式1同样，因此省略。

(第二纤维15)

作为实施方式的第二纤维15，为玻璃纤维、氧化铝纤维、金属纤维、碳纤维及含有上述物质中的多种的复合纤维等即可，可以基于使用时的耐热温度、阻燃性等来选定。

二氧化硅气凝胶为溶胶的状态时向第二纤维15复合化的情况下，与溶胶亲和性高的纤维的润湿性良好，容易使纤维与气凝胶复合化。

另外不易复合化的第二纤维15的情况下，为了改善润湿性，还优选添加表面活性剂、润湿剂、粘度调整剂。

关于第二纤维15的形状，使用沿一个方向排列的长纤维。也可以使用将长纤维切断成期望的长度的短切纤维。

例如，根据用途将氧化铝的长纤维切断为规定的长度即可。氧化铝的长纤维具有高张力、高弹性模量，耐热性、耐腐蚀性、电绝缘性、尺寸稳定性优异，进而，兼具吸湿性少、表面平滑的特长。由于对连续纤维进行了切割，因此与短纤维品相比，有纤维直径、切割长度一致，不易含闪光条痕(ショシト)(形状不良品)的特征。

进而，将氧化铝的长纤维用PVA、EVA等上浆剂收集成束，切断为规定的长度，也可以加工成颗粒状。与FRP、作为其他增强材料的各种原材料组合，可以期待在各种产业中的使用。

对于切割长度，根据用途，可以为1mm以下～几百mm。作为纤维的直径，可以单独使用或混合使用多种1μm～5mm的纤维。

另外出于增强剂的目的，可以预先混合可在较低的温度下熔接的熔融低熔点纤维。

(制造方法)

对实施方式2的绝热材料14的制造方法进行说明。与实施方式1相比，仅纤维导入工序不同，因此对纤维导入工序进行说明。其他由于与实施方式1同样，因此省略。不进行<纤维13的事先处理>，将第二纤维15加入至<溶胶制备工序>的溶胶中。

<第二纤维15的导入>

实施方式2中，向预先准备的溶胶制备液中导入第二纤维15。在<溶胶制备工序>的溶胶中混合第二纤维15，制作均匀地混入而成的悬浮液。然后，使液体沿规定方向流动，在具有流速的状态下使第二纤维15的方向沿溶胶制备液的流动方向取向。然后，通过间隙涂布机，将厚度调整为期望的厚度。

然后，在室温下静置15分钟左右，由此使其凝胶化。

上述中，通过对包含第二纤维15的悬浮液使用水流来使第二纤维15的方向一致，但也可以通过使用涂布机等涂布悬浮液来形成片材。

其他工序与实施方式1同样，因此省略。

经过上述各工序得到的绝热材料14虽为单一构件，但可以使热的传递方向在任意方向上倾斜，因此特别是作为以1mm以下的间隙使用的片材是非常有效的。

即使在任意裁切并使用的情况下，也能半永久地维持热性能。

(实施例1)

按照实施方式1的要领制作片状的绝热材料14。作为第一纤维13，使用具有阻燃性优异的性质的纤维直径为10μm左右的氧化丙烯酸类纤维。氧化丙烯酸类纤维其本身的导热率的测定困难，但与通常的丙烯酸类树脂没有大的差异，为约0.15mW/mK左右。作为通过水刺法制作的无纺布，单位面积重量为100g/m²、平均厚度为0.9mmm。

作为第一纤维13的取向角度，参考图2的示意图进行说明，优选以第一纤维13的重量比率计80％的第一纤维13与规定方向16所成的角度θ落入±45度。

另外，第一纤维13与气凝胶12的比率以完成品的重量计大致为1∶1。

按照实施方式1所示的制造方法，向第一纤维13中导入气凝胶12并制作的绝热材料14的导热率为0.02W/mK。

(比较例1)

另外，同时制作与实施例1相比增强第一纤维13的随机性从而消除了取向性的比较例1作为试制品。

图4中示出比较例1的简略示意图。该绝热材料14的导热率与实施例1同样为0.02W/mK。

(评价1)

接着，为了检验本发明的效果，制作冷却结构体。将冷却结构体的示意图示于图5的截面图。

将宽度40mm、长度40mm的绝热材料14载置于热板505上。其设置位置如图5所示，将绝热材料14的长度10mm部分载置于热板505上，拉出30mm。使用第一陶瓷板502、第二陶瓷板503、第三陶瓷板504将绝热材料14固定。

作为加热源，以热板505为热源，将热板505的表面温度(第一测定点21)设定为180℃。测定从热板505的端面露出绝热材料14并距离20mm的部位(第二测定点22)的温度。测定2分钟的平均温度，由此测定绝热材料14的热的输送能力。

通常，绝热材料14的导热率测定使用被称为稳态法的测定原理。使用如下HFM法等：以使上表面、下表面的温度均匀的方式获得平衡后，由热量的通过量进行测定。但是，为图5所示的测定体系时，即使为绝热材料14，也能够对在面方向输送热的能力进行研究。

结果，实施例1的情况下，热板505上的第一陶瓷板502的第一测定点21的温度为95℃，第二测定点22的温度为40℃，温度差值为55℃。

另一方面，比较例1的情况下，热板505上的第一陶瓷板502的第一测定点21的温度为97℃，第二测定点22的温度为35℃，温度差值为62℃。确认了实施例1能够输送热。

因此，证实了：虽然为使用了气凝胶12的绝热材料，但通过控制纤维取向方向，能够实现热的输送。此次使用了树脂系的纤维，但可以认为使用金属制的纤维时，会更显著地表现出差异。

(实施例2)

按照实施方式2的要领制作片状的绝热材料14。作为第二纤维15，使用具有耐热性优异的性质的纤维直径为3μm左右的碳纤维。使用的碳纤维为PAN系碳纤维，导热率的公称值为100W/mK左右。纤维量以平均单位面积的换算计是单位面积重量100g/m²，平均厚度为0.5mm。

对于第二纤维15的取向方向，通过调整间隙涂布机的速度来控制。涂布机的速度比15mm/秒慢时，难以通过悬浮液的粘度来控制取向方向，因此本实施例2中以30mm/秒进行成片化。

作为第二纤维15的取向角度，参考图2的示意图进行说明，使第二纤维15至少其90重量％以上相对于规定方向16所成的角度θ落入±45度之间。

另外，第二纤维15与气凝胶12的比率以完成品的重量计大致为1∶1。

按照实施方式2所示的制造方法，向气凝胶12中导入第二纤维15并制作的绝热材料14的导热率为0.022W/mK。

(比较例2)

另外，同时制作与实施例2相比增强纤维的随机性从而消除了取向性的比较例2作为试制品。该绝热材料14的导热率为0.022mW/mK。

(评价2)

图6中示出使用绝热材料的结构的截面图。本实施例中，为锂二次电池的电池单元冷却结构，对电池的异常发热时的冷却功能进行评价。

对评价体系进行说明。在冷却板601上设置铝制的高温单元602和铝制的单元603。

在铝制的高温单元602与铝制的单元603之间依次插入实施例2和比较例2的试样作为绝热材料14。

利用上述结构，测定铝制的高温单元602的温度达到恒定为止的时间。

需要说明的是，将铝制的高温单元602假设为进行了异常的发热的电池，将冷却板601假设为冷却装置，将铝制的单元603假设为通常的电池。

将实施例2的试样以使第一纤维13的取向方向朝向冷却板601的方向的方式插入至铝制的高温单元602与铝制的单元603之间。

此时，室温为23℃，铝制的单元603的初始温度也为23℃。将铝制的高温单元602的温度预先加热并设置为100℃。对冷却板601实施冷却以使冷却板601始终恒定为20℃。

其结果，插入有实施例2的试样的体系从开始起在20分钟内单元602、603达到恒定温度20℃。插入有比较例2的试样的体系在25分钟内单元602、603达到恒定温度20℃。

尽管实施例2与比较例2的绝热材料为相同导热率0.022W/mK的绝热材料14，但至温度达到均匀为止可观察到差异。

结果，尽管为相同绝热性能的绝热材料，但实施例2为冷却能力高于比较例2的结构。需要说明的是，绝热材料14使用了实施方式1的绝热材料，但利用实施方式2的绝热材料也为同样的结果。

(作为整体)

可以将实施方式1和2组合。可以在1个绝热材料14中含有第一纤维13和第二纤维15。

产业上的可利用性

如上所示，根据本发明，能够提供即使在电子设备的壳体内的狭窄的空间内也会充分发挥绝热效果、可有效地减少从伴随发热的部件向壳体外表面的热传导的复合绝热体及包括其的电子设备。

附图标记说明

12 气凝胶

13 第一纤维

14 绝热材料

15 第二纤维

16 规定方向

21 第一测定点

22 第二侧定点

502 第一陶瓷板

503 第二陶瓷板

504 第三陶瓷板

505 热板

601 冷却板

602 高温单元

603 铝制的单元

700 基板

701 部件

702 导热体

703 绝热体

704 壳体

Claims (8)

1.一种绝热材料，其为包含纤维和气凝胶的片材，

所述纤维在所述片材内沿规定的方向排列。

2.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，所述纤维的80％以上沿相对于所述规定的方向为90度以内的方向排列。

3.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，所述纤维为缠绕的第一纤维。

4.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，所述纤维为未缠绕的第二纤维。

5.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，所述纤维包含缠绕的第一纤维和未缠绕的第二纤维。

6.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，所述规定的方向与所述片材的表面平行。

7.一种绝热结构体，其包括：

高温部、

低温部、和

将所述高温部和所述低温部连接的权利要求1所述的绝热材料，

所述绝热材料的规定的方向为将所述高温部和所述低温部连接的方向。

8.一种绝热结构体，其包括；

第一电池单元；

第二电池单元；

配置于所述第一电池单元与所述第二电池单元之间的权利要求1所述的绝热材料；和

与所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述绝热材料相接的冷却板。