CN109763343A - 绝热材料和绝热材料的涂膜形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供使多孔体与高分子覆盖物的界面的密接性提高了的绝热材料和绝热材料的涂膜形成方法。包含：复合材料，是在无纺布中内含气凝胶而成的；以及覆盖物，覆盖上述复合材料且包含氟树脂，所述覆盖物的表面具有多个晶界。

Description

绝热材料和绝热材料的涂膜形成方法

技术领域

本发明涉及绝热材料和绝热材料的涂膜形成方法。尤其是，涉及适用于在壳体内对来自会发热的部件的热进行绝热的绝热材料和其涂膜形成方法。

背景技术

近年来，为了兼顾汽车的有效利用与环境保护，与汽车对环境的应对有关的要求逐渐增加。作为针对该要求的一个应对方案，正在研究对发动机的热的管理。例如，正在研究通过对预热完成后的发动机进行保温，或通过保持冬季的冷启动时的发动机的保温所需的油温，来在实质上改善油耗。

作为实现发动机的保温的方法，可以考虑适用绝热材料。在该情况下，绝热材料需要以下性质：迎合发动机的壳体形状的弯曲性和能承受发动机室的环境的耐热性。作为以往的绝热材料，存在利用高分子覆盖物对具有三维网状的硅树脂骨架的多孔体进行覆盖的绝热材料(例如，参照专利文献1)。

图3是表示专利文献1所记载的以往的绝热材料的剖面的图。如图3所示，对于多孔体301，其表面和背面这两面被高分子覆盖物302覆盖。该专利文献1的多孔体301具有含有气孔的三维网状的硅树脂骨架。

另外，例如使用聚四氟乙烯等作为高分子覆盖物302。多孔体301具有非常脆的性质，经不住拉伸等外力。因此，通过利用高分子覆盖物302对多孔体301的表面和背面这两面进行覆盖，来保护多孔体301。即，通过由高分子覆盖物302对多孔体301赋予保护功能，来实现该绝热材料实用化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2016/159196号公报

发明内容

发明要解决的问题

若多孔体301与高分子覆盖物302的界面的密接性越高，则绝热材料越能够发挥有效利用了多孔体301的气孔的高绝热性能。然而，对于专利文献1的绝热材料，多孔体301与高分子覆盖物302的界面的密接性并不充分，因此存在无法发挥充分的绝热性能的问题。

本发明解决上述以往的问题，其目的在于，提供使多孔体与高分子覆盖物的界面的密接性提高了的绝热材料和该绝热材料的涂膜形成方法。

解决问题的方案

为了实现上述目的，使用一种绝热材料，该绝热材料包含：复合材料，是在无纺布中内含气凝胶而成的；以及覆盖物，覆盖所述复合材料且包含氟树脂，所述覆盖物的表面具有多个晶界。

另外，使用一种绝热材料的涂膜形成方法，其包括以下工序：将分散有由氟树脂构成的微粒的涂料，涂覆于在无纺布中内含气凝胶而成的复合材料的涂覆工序；以及对所述复合材料进行热处理，使所述涂料固化的固化工序。

发明效果

如上所述，根据本发明，能够提高多孔体与高分子覆盖物的界面的密接性。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的绝热材料的剖面图。

图2是表示本发明的实施方式2中的覆盖物的表面图像的图。

图3是专利文献1所记载的以往的绝热材料的剖面图。

附图标记说明

101绝热材料

102无纺布

103气凝胶

104复合材料

105覆盖物

106晶界

301多孔体

302高分子覆盖物

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1中的绝热材料101的剖面图。绝热材料101构成为具备：包含无纺布102及气凝胶103的复合材料104和覆盖该复合材料104的周围的覆盖物105。覆盖物105在本实施方式中为氟树脂。

<复合材料104>

复合材料104是在无纺布102中内含作为气凝胶103的二氧化硅气凝胶而成的薄片。无纺布102的厚度为0.05mm以上、1.0mm以下。二氧化硅气凝胶具有具备许多纳米尺寸的细孔的多孔结构。复合材料104的热导率在0.01W/m·K以上、0.1W/m·K以下的范围内，是低热导率。

通常，无纺布102的热导率为0.030W/m·K以上、0.060W/m·K以下。该热导率的值可以视为构成无纺布102的无纺布纤维即无纺布102的固体导热成分和在无纺布纤维的空隙中存在的空气(氮分子)的传热成分的热导率的大致总和。

通过在该空隙中内含低热导率的材料(一般为0.010W/m·K以上、0.015W/m·K以下)的二氧化硅气凝胶作为气凝胶103，可得到复合材料104的上述低热导率。

一般而言，常温下的静止的状态的空气(以下称作“静止空气”)的热导率为0.026W/m·K左右，无纺布102的热导率比该静止空气的热导率大。

复合材料104的特征在于，是热导率比静止空气的热导率小的薄片。复合材料104除了绝热性以外，还能够具有拒水性、吸声性。若适当地选择无纺布102的种类，则也能够对复合材料104赋予耐热性或阻燃性。

在本实施方式中，为了对复合材料104赋予耐热性或阻燃性，使用氧化丙烯酸作为无纺布102，但也可以使用其他材料作为无纺布102。例如也可以使用玻璃纤维纸作为无纺布102。

并且，本实施方式的绝热材料101的特征在于，其热导率比静止空气的热导率小。为此，在本实施方式中，在复合材料104中内含有二氧化硅气凝胶，但对于即使绝热材料的热导率比静止空气的热导率大一点也满足绝热性能的用途，例如也可以使用氧化铝等的多孔陶瓷。

<复合材料104的热导率>

本实施方式中使用的复合材料104的热导率在0.01W/m·K以上、0.1W/m·K以下的范围内。复合材料104的热导率越低则复合材料104的绝热效果越好，从而能够减小得到相同绝热效果所需的复合材料104的厚度。

另一方面，若热导率比0.1W/m·K大则绝热效果降低，为了得到所需要的绝热效果，必须增大复合材料104的厚度，因此是不优选的。

<复合材料104的厚度>

复合材料104的厚度在0.05mm以上、2mm以下的范围内，优选在0.5mm以上、1mm以下的范围内。在复合材料104的厚度比0.05mm薄的情况下，厚度方向上的绝热效果降低，因此对于复合材料104的材料，若不选择热导率(当前不可能存在的程度的)相当低的低导热材料，则无法充分地抑制从复合材料104的一个面向另一个面的导热。

<复合材料104的制造方法>

在此示出复合材料104的制造方法的一例。

(1)原料混合：在高摩尔硅酸钠(Si浓度14％的硅酸水溶液)中添加1.4wt％的浓盐酸(12N)作为催化剂并进行搅拌，调制溶胶溶液。

(2)浸渗：将所述溶胶溶液浇在无纺布(材料：氧化丙烯酸，厚度：0.4μm，重量50g/m2、尺寸12cm见方的方形)上，并利用辊将该溶胶溶液压入以使其浸渗于无纺布中。

(3)将浸渗有该溶胶溶液的无纺布夹在PP薄膜(厚度40μm×2张)之间，在室温23℃下放置约20分钟以使溶胶凝胶化。

(4)厚度限制：在确认凝胶化之后，使无纺布连同薄膜通过将间隙设定为650μm(将PP薄膜的厚度也考虑在内来进行设定，即将复合材料104的整体厚度设定为650μm)的双轴辊，从无纺布中挤出多余凝胶，而以厚度700μm为目标进行限制。

(5)养护：将凝胶薄片(浸渗有凝胶的无纺布)连同薄膜放入容器中，为了防止干燥，将该容器放入温度85℃/湿度85RH％的恒温恒湿槽中3小时。由此，使无纺布的二氧化硅颗粒生长(硅烷醇的脱水缩合反应)，形成在无纺布中内含的多孔结构。

(6)薄膜揭下：从养护容器(恒温恒湿槽)中取出凝胶薄片，从该薄片上揭下薄膜。

(7)疏水化1(盐酸浸渍工序)：将凝胶薄片浸渍于6～12当量的盐酸中之后，在常温23℃下放置1小时，使盐酸吸入到凝胶薄片之中。

(8)疏水化2(硅氧烷处理工序)：将凝胶薄片例如浸渍于作为甲硅烷基化剂的八甲基三硅氧烷和作为两亲性溶剂的2-丙醇(IPA)的混合液中，放入55℃的恒温槽并使其反应2小时。若开始形成三甲基硅氧烷键，则从凝胶薄片排出盐酸水，凝胶薄片的周围的溶液分离为两种液体。具体而言，在上层形成甲硅烷基化剂的层，在下层形成盐酸水的层。

(9)干燥：将凝胶薄片移至150℃的恒温槽并干燥2小时。

<覆盖物105>

覆盖物105中，将在水中分散有由氟树脂构成的微粒的涂料作为原料。覆盖物105是通过加热将该原料烧结而成的。具体而言，原料是利用表面活性剂使由约0.2μm以上、0.3μm以下的四氟乙烯构成的颗粒稳定化后的水性涂料。通过将该原料加热至微粒(氟树脂)的熔点以上，来将微粒彼此烧结，成为膜形状的覆盖物105。在此，为了得到更良好的烧结性，也可以通过使六氟丙烯与四氟乙烯聚合来实现低熔点化，在本实施方式中使用了上述聚合物(使六氟丙烯与四氟乙烯聚合而成的聚合物)。

如四氟乙烯和六氟丙烯这样的氟树脂的碳―氟键的能量较大，耐热性优异，即便使六氟丙烯与四氟乙烯聚合而实现低熔点化，也具有200℃左右的耐热性。

虽然作为有代表性的氟树脂有：全氟烷氧基树脂或乙烯-四氟乙烯共聚物，但乙烯-四氟乙烯共聚物不具有200℃左右的耐热性，所以作为覆盖物105的原材料是不优选的。

因此，虽然在本实施方式中通过使六氟丙烯与四氟乙烯聚合而实现了低熔点化，但即便使六氟丙烯与全氟烷氧基树脂聚合，仍然可保持200℃左右的耐热性，因此作为覆盖物105的原材料是优选的。

总之，优选覆盖物105是从四氟乙烯、六氟丙烯、全氟烷氧基树脂中选择的一种聚合物或者两种以上的共聚物。

<利用覆盖物105覆盖复合材料104的方法>

在此示出利用覆盖物105覆盖复合材料104的方法的一例。

(1)原料搅拌工序：对水性涂料(将由四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物构成的约0.2μm的微粒，以固体成分浓度约20wt％利用表面活性剂稳定化后的涂料)进行搅拌，使微粒在水中均匀地分散。

(2)涂覆工序：将复合材料104整体浸渍于经搅拌的水性涂料中之后，以一定速度将该复合材料104提起。

(3)固化工序：将在水性涂料中浸渍后的复合材料104移至300℃的恒温槽，并置于该恒温槽内3分钟，使水挥发并且将微粒在复合材料104上烧结以使微粒固化。由该固化后的微粒形成覆盖物105。

<覆盖物105对复合材料104的覆盖状态>

通过利用上述的覆盖物105覆盖复合材料104的方法，在复合材料104的周围以平均厚度15μm(最小厚度部分5μm、最大厚度部分80μm)形成覆盖物105。

图2是表示本发明的实施方式1中的覆盖物105的表面的放大图像的图。对于覆盖物105的原材料中所使用的由氟树脂构成的微粒，在超过该微粒的熔点约50℃左右的温度下使包含该微粒的水性涂料固化，从而如图2所示，在覆盖物105的表面形成多个晶界106。这是本发明的特征。此外，所谓覆盖物105的表面是指，与朝向复合材料104的面(第一面)相反侧的面(第二面)。

由此，即便使本发明的实施方式1中的绝热材料弯曲，但由于伴随形成有晶界106的部分的伸张的应力分散，使得覆盖物105的损坏受到抑制。

在本实施方式中，晶界106的大小为10μm以上、500μm以下，晶界106的沟槽宽度平均为50μm(最小的沟槽宽度为5μm，最大的沟槽宽度为100μm)。另外，在本实施方式中，晶界106距覆盖物105的表面的深度约为3μm，晶界106呈V字形状的剖面。

此外，晶界106止于覆盖物105的表层，且不到达复合材料104的界面，因此覆盖物105与复合材料104的界面良好地密接，也防止在复合材料104中内含的气凝胶露出的情况。

但是，若覆盖物105的平均的厚度小于5μm，则晶界106到达复合材料104的界面，因此是不优选的。

若在超过微粒的熔点约100℃左右的温度下使包含该微粒的水性涂料固化，则不会形成晶界106，因此是不优选的，若在熔点的约20℃以下的温度下使水性涂料固化，则晶界106到达复合材料104的界面，因此是不优选的。优选使包含微粒的水性涂料固化的温度是在规定范围内，且在该微粒的熔点以上的温度。

(在总体上)

此外，对于成为覆盖物105的原材料的微粒中使用的氟材料，只要能够形成晶界106即可，不限于上述的材料。

工业实用性

本发明的绝热材料还能够适用于以对预热完成后或冬季的冷启动时的发动机进行保温为目的的绝热，抑制油温的降低。

Claims (10)

1.一种绝热材料，其特征在于，包含：

复合材料，是在无纺布中内含气凝胶而成的；以及

覆盖物，覆盖所述复合材料且包含氟树脂，

所述覆盖物的表面具有多个晶界。

2.如权利要求1所述的绝热材料，其中，

所述晶界不到达所述复合材料。

3.如权利要求1或2所述的绝热材料，其中，

所述晶界的大小为10μm以上、500μm以下。

4.如权利要求1或2所述的绝热材料，其中，

所述晶界的沟槽宽度为5μm以上、100μm以下。

5.如权利要求1或2所述的绝热材料，其中，

所述覆盖物包含：从四氟乙烯、六氟丙烯、全氟烷氧基树脂中选择的一种聚合物或者两种以上的共聚物。

6.一种绝热材料的涂膜形成方法，其特征在于，包括以下工序：

将分散有由氟树脂构成的微粒的涂料，涂覆于在无纺布中内含气凝胶而成的复合材料的涂覆工序；以及

对所述复合材料进行热处理，使所述涂料固化的固化工序。

7.如权利要求6所述的绝热材料的涂膜形成方法，其中，

所述热处理的温度为所述微粒的熔点以上。

8.如权利要求6或7所述的绝热材料的涂膜形成方法，其中，

所述热处理的温度为所述微粒的熔点+100℃的温度以下。

9.如权利要求6或7所述的绝热材料的涂膜形成方法，其中，

所述涂料是分散于水中的涂料。

10.如权利要求6或7所述的绝热材料的涂膜形成方法，其中，

所述微粒是包含从四氟乙烯、六氟丙烯、全氟烷氧基树脂中选择的一种聚合物或者两种以上的共聚物的微粒。