CN111971429B - 掺入二氧化硅纤维的组合物 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方案包括掺入二氧化硅纤维垫的纤维碎片的制品以及用于产生此类制品的方法。所述纤维垫可经由对溶胶‑凝胶进行电纺来形成，所述溶胶‑凝胶是用诸如正硅酸乙酯的硅醇盐试剂、醇溶剂和酸催化剂产生的。

Description

掺入二氧化硅纤维的组合物

相关申请

本申请要求2018年3月16日提交的美国临时专利申请号62/643,946和2019年1月23日提交的美国临时专利申请号62/795,610的权益和优先权，所述专利申请中的每一者的全部公开内容特此以引用的方式并入本文。

技术领域

在各种实施方案中，本发明涉及掺入硅石纤维作为添加剂的组合物。

背景技术

二氧化硅(Silicon dioxide/silica)是地球上最丰富的物质之一，它是大多数类型沙子的主要成分。二氧化硅具有几种有利性质，这些性质导致其在许多不同的行业和产品中得到使用。例如，二氧化硅的高电阻使其能够用作微电子装置中的高性能绝缘体，例如用作场效应晶体管中的栅介质材料。二氧化硅还用于生产可在许多不同应用中使用的玻璃。例如，光纤是利用二氧化硅制成的并且已使全球光通信网络的形成和发展成为可能。

由于二氧化硅颗粒已被用作研磨剂、干燥剂并且用来形成用于金属材料熔模铸造的模具，因此二氧化硅也已在微观尺度上得到利用。然而，纳米尺度和微米尺度二氧化硅材料的物理性质和组合物会显著变化，使得二氧化硅的各种有利性质尚未在各种组合物和材料中得到充分利用。因此，需要掺入二氧化硅以及二氧化硅基添加剂的改进材料及其制造技术。

发明内容

根据本发明的各种实施方案，二氧化硅纤维的纤维碎片(例如，二氧化硅纤维非织造垫的碎片)在各种不同组合物中用作添加剂以改进所述组合物的一种或多种机械性质和/或热性质。二氧化硅纤维本身可由凝胶状材料产生，所述凝胶状材料被电纺以形成纤维垫。例如，可通过对溶胶-凝胶进行电纺来制备所述纤维，所述溶胶-凝胶可用硅醇盐试剂(诸如正硅酸乙酯(TEOS))、醇溶剂和酸催化剂制备。在各种实施方案中，经由使溶胶在受控环境条件下熟化来产生溶胶-凝胶，且/或监测溶胶或溶胶-凝胶在熟化过程期间的性质，以便识别各种加工窗口，在这些加工窗口期间可成功进行溶胶-凝胶的电纺。如本领域中已知，“溶胶”是胶体溶液，其逐渐演变而形成“凝胶”，即，包含液相和固相两者的双相系统。在本文中，术语“溶胶-凝胶”用于指可被电纺成纤维或纤维垫的由溶胶-凝胶方法产生的凝胶。

在各种实施方案中，用于使溶胶熟化(或“转变”)的受控环境可涉及在湿度、温度和任选的大气压方面的受控条件。例如，可以将湿度控制在约30％至约90％或约40％至约80％的范围内，并且可以将温度控制在约50℉至约90℉的范围内。通过控制熟化期间的环境条件，可以在纺丝的最佳时间期间对凝胶进行电纺，如果通过直接加热加速熟化过程，则电纺可以在仅几分钟的非常小的窗口内发生。当使溶胶在处于约50％至70％或80％的范围内的恒定湿度和约60℉至80℉的温度下熟化时，溶胶将在几天内熟化(凝胶化)，并且用于成功电纺的窗口可以扩展到至少几小时，并且在一些实施方案中为几天。因此，可在可包括一个或多个环境监测器(诸如温度读取装置和/或湿度读取装置)的封闭体(enclosure)中使溶胶熟化。另外，可监测在熟化过程期间由溶胶产生或释放的气体和/或溶胶的相对重量，以确定电纺的合适或最佳时间。

一旦溶胶充分熟化成溶胶-凝胶，就将其电纺成缠结的二氧化硅纤维的垫。一旦经过电纺，二氧化硅纤维就可具有诸如在约50nm至5μm的范围内的可变直径。在一些实施方案中，纤维主要在约100nm至约2μm的范围内，或主要在约200nm至约1000nm的范围内。在各种实施方案中，在成功形成二氧化硅纤维垫之后，将其分成小的纤维碎片，这些碎片在多种不同组合物中的任一者中用作添加剂。例如，可使电纺垫“碎裂”，即断裂、切割、磨碎、碾磨或以其他方式分成维持纤维结构的小碎片。如本文所用，术语“纤维碎片”(或“纤维垫碎片”，或简称为“碎片”)是指纤维垫的小的颗粒、部分或薄片，其平均尺寸比垫的至少一些纤维的宽度更大(例如，5倍、10倍或甚至100倍大)。在各种实施方案中，纤维碎片的平均大小在大约20μm至大约200μm的范围内。因此，纤维碎片可类似于电纺垫本身的微观尺度形式，例如，缠结在一起的二氧化硅纤维的集合，并且因此通常是多孔的并且具有低密度。因此，纤维碎片可与其他类型的微米尺度颗粒形成对比，所述其他类型的微米尺度颗粒诸如在胶体二氧化硅中使用的基本上球形的颗粒，这些颗粒各自是单一的、单独的单元或颗粒，而不是纤维的小型集合。纤维碎片的各部分(例如，边缘)可具有由用于从电纺垫形成碎片的断裂过程产生的尖锐和/或破碎的边缘。

在已制备纤维状二氧化硅碎片之后，可将其与(通常为液体或凝胶状)组合物混合，以便赋予其有利的热性质和/或机械性质。例如，可将纤维碎片掺入涂料和/或其他涂层内，以便在施加组合物时提高组合物的单位面积热阻(即，“R值”)。在其他实施方案中，将纤维碎片添加到结构组合物，诸如环氧树脂或聚氨酯(和/或树脂和/或粘结剂，或包含此类树脂、粘结剂、环氧树脂和聚氨酯的混合物)，以便在将材料形成(例如模制、压制和/或挤压)为固体物体(例如，掺入纤维碎片和一种或多种结构组合物的复合材料)时提高材料的机械强度和/或耐冲击性。本发明的示例性实施方案还包括掺入二氧化硅纤维碎片的刨花板，所述二氧化硅纤维碎片掺入于所述刨花板内或所述刨花板上。

本发明的实施方案可利用二氧化硅纤维、二氧化硅纤维的碎片和/或掺入此类纤维或碎片的组合物，和/或在2018年3月23日提交的美国专利申请序列号15/934,599和2018年9月14日提交的美国专利申请序列号16/131,531中详述的用于制造此类纤维或碎片的方法，所述专利申请中的每一者的全部公开内容以引用的方式并入本文。

在一方面，本发明的实施方案的特征在于一种制造组合物的方法。对溶胶-凝胶进行电纺以形成二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)。使垫碎裂以形成多个纤维碎片，所述多个纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成。将纤维碎片混合到液体组合物中以形成改性的组合物。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。液体组合物可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：涂料、环氧树脂、聚氨酯和/或粘合剂。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。纤维碎片可具有范围为大约20μm至大约200μm的平均大小(例如，平均直径、长度、宽度或其他尺寸)。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约50nm至约5μm的可变直径。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约200nm至约1000nm的可变直径。可将改性的组合物作为涂层施加到固体物体。可将热量施加到经涂布的固体物体，并且涂层可阻碍热量穿过涂层的传递。可将改性的组合物模制成固体物体。

在另一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种组合物，所述组合物包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：液体载体以及分散在所述液体载体内的多个二氧化硅纤维碎片，所述多个二氧化硅纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。液体载体可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：涂料、环氧树脂、聚氨酯和/或粘合剂。纤维碎片可具有范围为大约20μm至大约200μm的平均大小(例如，平均直径、长度、宽度或其他尺寸)。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约50nm至约5μm的可变直径。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约200nm至约1000nm的可变直径。

纤维碎片可以是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)的碎片。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

在又一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种组合物，所述组合物包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：液体载体以及分散在所述液体载体内的多个二氧化硅纤维或其部分。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。液体载体可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：涂料、环氧树脂、聚氨酯和/或粘合剂。纤维或其部分可具有约50nm至约5μm的可变直径。纤维或其部分可具有约200nm至约1000nm的可变直径。

纤维或其部分可以是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)的部分(例如，由所述垫形成的粉末)。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

在另一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种组合物，所述组合物包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：聚合物固体以及分散在所述聚合物固体内的多个二氧化硅纤维碎片，所述多个二氧化硅纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。聚合物固体可包括环氧树脂和/或聚氨酯，基本上由环氧树脂和/或聚氨酯组成或由环氧树脂和/或聚氨酯组成。纤维碎片可具有范围为大约20μm至大约200μm的平均大小(例如，平均直径、长度、宽度或其他尺寸)。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约50nm至约5μm的可变直径。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约200nm至约1000nm的可变直径。

纤维碎片可以是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)的碎片。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

在又一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种组合物，所述组合物包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：聚合物固体以及分散在所述聚合物固体内的多个二氧化硅纤维或其部分。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。聚合物固体可包括环氧树脂和/或聚氨酯，基本上由环氧树脂和/或聚氨酯组成或由环氧树脂和/或聚氨酯组成。纤维或其部分可具有约50nm至约5μm的可变直径。纤维或其部分可具有约200nm至约1000nm的可变直径。

纤维或其部分可以是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)的部分(例如，由所述垫形成的粉末)。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

在另一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种制造组合物的方法。制备初始溶胶。初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70％至90％的正硅酸乙酯(TEOS)、8％至25％的无水乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70％至90％的TEOS、8％至25％的无水乙醇、酸催化剂和余量的水。使初始溶胶在40％至80％的湿度和50℉至90℉的温度下熟化至少2天以形成溶胶-凝胶。对溶胶-凝胶进行电纺以形成二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)。用液体组合物涂布垫的至少一部分或将垫的至少一部分浸入液体组合物内。使液体组合物固化(经由施加热量和/或光(例如，紫外光))。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。液体组合物可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：涂料、环氧树脂、聚氨酯和/或粘合剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

在又一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种组合物，所述组合物包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：聚合物固体以及嵌入所述聚合物固体内(即，至少部分地设置在或完全设置在所述聚合物固体内)的二氧化硅纤维非织造垫。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。聚合物固体可包括环氧树脂和/或聚氨酯，基本上由环氧树脂和/或聚氨酯组成或由环氧树脂和/或聚氨酯组成。二氧化硅纤维垫可至少部分地通过对溶胶-凝胶进行电纺来形成。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

在另一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种刨花板，所述刨花板包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：一种或多种粘结剂、分散在所述一种或多种粘结剂内的多个木材颗粒以及分散在所述一种或多种粘结剂内的多个二氧化硅纤维碎片，所述多个二氧化硅纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。一种或多种粘结剂可包括一种或多种树脂，基本上由一种或多种树脂组成或由一种或多种树脂组成。纤维碎片可具有范围为大约20μm至大约200μm的平均大小(例如，平均直径、长度、宽度或其他尺寸)。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约50nm至约5μm的可变直径。纤维碎片内的纤维或其部分可具有约200nm至约1000nm的可变直径。

纤维碎片可以是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)的碎片。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

在又一个方面，本发明的实施方案的特征在于一种刨花板，所述刨花板包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：一种或多种粘结剂、分散在所述一种或多种粘结剂内的多个木材颗粒以及分散在所述一种或多种粘结剂内的多个二氧化硅纤维或其部分。

本发明的实施方案可以多种组合中的任一者包括以下各项中的一者或多者。一种或多种粘结剂可包括一种或多种树脂，基本上由一种或多种树脂组成或由一种或多种树脂组成。纤维或其部分可具有约50nm至约5μm的可变直径。纤维或其部分可具有约200nm至约1000nm的可变直径。

纤维或其部分可以是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维垫(例如，非织造垫)的碎片。溶胶-凝胶可用正硅酸乙酯(TEOS)制备。在对溶胶-凝胶进行电纺之前，可由初始溶胶产生溶胶-凝胶，所述初始溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包含70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和余量的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、酸催化剂和水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：70重量％至90重量％的TEOS、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。初始溶胶可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。酸催化剂可包括HCl，基本上由HCl组成或由HCl组成。初始溶胶可包含少于约0.1重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的酸催化剂。初始溶胶可包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂改变初始溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。

产生溶胶-凝胶可包括使初始溶胶在湿度处于约40％至约80％的范围内并且温度处于50℉至90℉的范围内的条件下转变至少2天。可让初始溶胶转变至少3天、至少4天、至少5天、至少6天或至少7天。可让初始溶胶转变2天至7天。当重量为初始溶胶在熟化(转变)前的起始重量的20％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当乙烯蒸气的产量为相对于乙烯蒸气在初始溶胶的熟化(转变)期间的峰值产量的10％至20％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。当来自溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量为相对于熟化(转变)前的初始溶胶的10％至40％时，可对溶胶-凝胶进行电纺。

通过参考以下描述、附图和权利要求，这些和其他目的以及本文所公开的本发明的优点和特征将变得更加显而易见。此外，应理解，本文所描述的各种实施方案的特征不是相互排斥的，并且可在各种组合和排列中存在。如本文所用，术语“大约”、“约”和“基本上”意指±10％，并且在一些实施方案中为±5％。除非本文中另外定义，否则术语“基本上由……组成”意指排除对功能有贡献的其他材料。然而，此类其他材料可共同或单独地以痕量存在。

附图说明

在附图中，贯穿不同的视图，相似的参考符号通常指相同的部分。此外，附图未必按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在以下描述中，将参考以下附图来描述本发明的各种实施方案，在附图中：

图1A和图1B是根据本发明的实施方案产生的二氧化硅纤维碎片的集合的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图2A和图2B是根据本发明的实施方案的在聚氨酯固化之后包含嵌入其中的二氧化硅纤维碎片的模制聚氨酯物体的截面SEM图像。

图3A至图3J是根据本发明的实施方案产生的二氧化硅纤维的SEM图像。

图4示出了根据本发明的实施方案的以约1/4英寸的厚度纺制的纤维垫。

图5A示出了在弹道测试之后的根据本发明的实施方案的在其中掺入二氧化硅纤维碎片的模制环氧树脂板的前侧；如图所示，子弹嵌入板内。

图5B示出了图5B的板的背侧，其示出在弹道测试期间子弹未穿透板。

图6A示出了根据本发明的实施方案的棒球帽和用于所述帽的在其中掺入二氧化硅纤维碎片的衬里。

图6B示出了图6A的衬里，所述衬里装配到图6A的帽中以进行冲击测试。

图6C是用于比较性冲击测试的常规泡沫衬里塑料棒球头盔的外部视图。

图6D是图6C的头盔的内部视图。

图7A示出了根据本发明的实施方案的用热粘合剂处理的铝板的底侧，所述热粘合剂在其中掺入二氧化硅纤维碎片。

图7B示出了图7A的铝板的未经处理的顶侧。

图7C示出了在火焰测试期间向图7A和图7B的铝板的处理侧施加火焰。

具体实施方式

在本发明的各种实施方案中，可经由添加二氧化硅纤维垫的纤维碎片来增强组合物的各种性质(例如，热性质和/或机械性质)。可经由溶胶-凝胶加工、然后进行电纺来制造形成碎片的二氧化硅纤维垫。在一些实施方案中，通过包括以下步骤的方法来制备用于制备二氧化硅纤维垫的溶胶-凝胶：制备含有醇溶剂、硅醇盐试剂(诸如正硅酸乙酯(TEOS))的第一混合物；制备含有醇溶剂、水和酸催化剂的第二混合物；将第二混合物完全滴定到第一混合物中；以及处理(熟化)组合的混合物以形成用于电纺的凝胶。在一些实施方案中，硅醇盐试剂是TEOS。替代的硅醇盐试剂包括具有式Si(OR)₄的硅醇盐试剂，其中R为1至6，并且优选地为1、2或3。

在一些实施方案中，溶胶包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：约70重量％至约90重量％的硅醇盐(例如，TEOS)、约5重量％至约25重量％的醇溶剂(例如，无水乙醇)、酸催化剂(例如，在使用HCl时为少于约0.1重量％)和水。本文所描述的任何溶胶或溶胶-凝胶可包括余量的水(即，水可构成溶胶或溶胶-凝胶的未另外指定的任何量)。本文所描述的任何溶胶或溶胶-凝胶可任选地包含一种或多种试剂，所述一种或多种试剂可改变或会改变溶胶、溶胶-凝胶和/或二氧化硅纤维的一种或多种性质。此类试剂可包括但不限于例如聚合物和聚合物溶液、惰性试剂、醇、有机和/或水性溶剂、有机盐、无机盐、金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、碳(例如、石墨烯、石墨、富勒烯等)等。

在一些实施方案中，溶胶包含70重量％至90重量％的正硅酸乙酯(TEOS)、8重量％至25重量％的乙醇、1重量％至10重量％的水、和酸催化剂。在一些实施方案中，溶胶包含75重量％至85重量％的TEOS、12重量％至20重量％的乙醇和约2重量％至5重量％的水。示例性溶胶包含约80重量％的TEOS、约17重量％的乙醇和约3重量％的水。在一些实施方案中，酸催化剂是HCl。例如，溶胶可包含少于约0.1重量％的HCl。例如，溶胶可包含0.02重量％至0.08重量％的HCl。在各种实施方案中，溶胶不包含有机聚合物或其他大量试剂，使得纤维组合物将是基本上纯的SiO₂。在各种实施方案中，溶胶既不包括无机盐(例如，氯化钠、氯化锂、氯化钾、氯化镁、氯化钙、和/或氯化钡)，也不是(在各种实施方案中)与溶胶的其他组合物混合在一起或混合到溶胶本身中的无机盐。在各种实施方案中，纤维组合物不包括金属或金属氧化物(例如，TiO₂或ZrO₂)。在各种实施方案中，纤维组合物基本上由SiO₂组成，即，仅包含SiO₂和非故意添加的杂质，并且在一些实施方案中还包含由于溶胶未完全转化为SiO₂而产生的物质和/或复合物(例如，水和/或诸如乙氧基、硅烷醇基、羟基等化学基团)。

在一些实施方案中，醇溶剂是无水变性乙醇，或者在一些实施方案中，醇溶剂是甲醇、丙醇、丁醇或任何其他合适的醇溶剂。可例如使用磁力搅拌器、振动平台或振动台或其他搅拌装置搅动第一混合物。第二混合物包含醇溶剂、水和酸催化剂。醇溶剂可以是无水变性醇，或者可以是甲醇、丙醇、丁醇或任何其他适当提供的醇溶剂。水可以是蒸馏水或去离子水。将足够的酸催化剂添加到混合物以帮助反应。这种酸催化剂可以是盐酸，或者可以是硫酸或其他合适的酸催化剂。可例如使用磁力搅拌器、振动平台或振动台或其他搅拌装置搅动第二混合物。在一些实施方案中，在不使用直接加热(即，经由诸如热板或其他热源等外在手段施加的热量)的情况下产生第一混合物(或溶胶)和第二混合物(或溶胶)。

根据各种实施方案，通过优选地在搅动的同时将第二混合物滴加或滴定到第一混合物中来组合第一混合物和第二混合物。然后通过如下方式进一步加工组合的混合物：让溶胶在受控环境中熟化，直到大部分醇溶剂蒸发，以产生适合于电纺的溶胶-凝胶。例如，受控环境可包括具有至少一个通风口和任选的风扇的封闭体，所述风扇用于将气体从混合物中抽走，并且受控环境可涉及在湿度、温度和任选的大气压方面的受控条件。例如，可(例如，经由使用常规加湿器和/或除湿器)将湿度控制在约30％至约90％(诸如约40％至约80％，或在一些实施方案中约50％至约80％、或约50％至约70％(例如，约55％、或约60％、或约65％))的范围内。一些湿度可有助于减缓溶剂的蒸发，从而延长用于成功电纺的窗口。在一些实施方案中，温度在约50℉至约90℉(诸如约60℉至约80℉或约65℉至约75℉)的范围内。在各种实施方案中，不将溶胶暴露于超过150℉或超过100℉的加热，以免加速转变。在一些实施方案中，任选地(例如，使用低压真空源，诸如泵或风扇)控制大气压力。通过控制熟化期间的环境条件，可延长可对凝胶进行电纺的时间段；如果(诸如通过直接加热)过多地加速熟化过程，则此时间段可以是仅几分钟的小窗口。当使溶胶在约55％的恒定湿度和约72℉的温度下熟化时，溶胶将在几天内熟化(凝胶化)，并且用于成功电纺的窗口可以扩展到至少几小时，并且在一些实施方案中为几天。在各种实施方案中，熟化过程耗时至少2天，或在一些实施方案中至少3天。然而，在各种实施方案中，熟化耗时不超过10天或不超过7天。在一些实施方案中，熟化过程耗时2天至7天或2天至5天或2天至4天(例如，约2天、约3天、或约4天)。在各种实施方案中，溶胶-凝胶在转变成更凝固的、不可流动的团块之前具有良好的可纺丝性。

用于使溶胶-凝胶熟化的封闭空间可在至少一个表面上包括用于将气体从封闭体内排出的通风口，并且任选地，所述通风口可包括用于排出在熟化过程期间产生的气体的风扇。封闭空间可任选地包括加热源(例如，一个或多个加热元件，例如电阻加热元件)以用于在封闭空间内提供标称量的热量来维持优选温度。在一些实施方案中，在封闭环境中提供湿度源(例如，水或其他水性、水基液体的开放容器)以将湿度调节到期望的范围或值。封闭体可还包括一个或多个环境监测器，诸如温度读取装置(例如，温度计、热电偶或其他温度传感器)和/或湿度读取装置(例如，湿度计或其他湿度传感器)。

在一些实施方案中，在受控环境条件下的至少2天、或至少36小时、或至少3天、或至少4天、或至少5天(但是在各种实施方案中，在受控环境条件下不超过10天或不超过7天)的熟化过程之后，对溶胶-凝胶进行电纺。通过减缓熟化过程，可识别对纤维进行纺丝的理想时间。溶胶-凝胶的重量可用作溶胶-凝胶何时处于或接近进行电纺的理想时间的指标。不欲受理论的束缚，认为溶胶-凝胶的粘度是用于识别电纺的最佳时间的不良决定因素。例如，在各种实施方案中，溶胶-凝胶是溶胶的原始重量的约10％至约60％(基于醇溶剂在转变期间的损耗)。在一些实施方案中，溶胶-凝胶是溶胶的原始重量的15％至50％，或处于溶胶的原始重量的约20％至约40％的范围内。

在一些实施方案中，使溶胶-凝胶熟化至少2天、或至少36小时、或至少3天、或至少4天、或至少5天，并且当由组合物产生的乙烯蒸气在由初始溶胶产生的蒸气的约10％与约40％之间，诸如在约10％与约25％之间的范围内或在约10％至约20％的范围内时，对溶胶-凝胶进行电纺。乙烯是一种无色易燃气体，带有淡淡的甜味和麝香味(随着溶剂蒸发减缓，这种淡淡的甜味和麝香味很明显)。乙烯是由乙醇与酸反应生成的。可任选地使用常规乙烯监测器来监测蒸气中的乙烯。在其他实施方案中，监测在溶胶熟化过程期间由溶胶产生的气体以确定用于电纺的合适或最佳时间。可使用气相色谱法来监测气体分布。

在各种实施方案中，可在更短的时间段内使溶胶-凝胶熟化，只要溶胶-凝胶仍然能经由电纺来纺丝即可。在更短的时间段内熟化之后，所得二氧化硅纤维垫或纤维集合在一些情况下可能更脆，但是这种脆性可能加速纤维的碎裂，从而分散到各种不同的组合物中(如下详述)。

由于在混合物的顶表面上会形成二氧化硅结晶材料，溶胶-凝胶混合物的加工可能需要以各种间隔或连续地对混合物进行搅拌或其他搅动。结晶材料在顶表面上的这种形成减缓了加工时间，并且认为结晶材料封住了混合物，使其不会暴露于在封闭空间内提供的气态真空。在一些实施方案中，从混合物去除任何固态结晶材料。

在溶胶-凝胶过程完成后，然后使用任何已知技术对溶胶-凝胶进行电纺。必要时，可将溶胶或溶胶-凝胶保存(例如，冷冻或冷藏)起来(并且这样的时间一般将不适用于进行熟化的时间)。Choi,Sung-Seen等人的Silica nanofibers from electrospinning/sol- gel process,Journal of Materials Science Letters 22,2003,891-893中描述了用于对溶胶-凝胶进行电纺的示例性过程，所述文献特此以引用的方式整体并入。美国专利号8,088,965中进一步公开了用于电纺的示例性过程，所述美国专利特此以引用的方式整体并入。

在示例性电纺技术中，将溶胶-凝胶放入流体耦接到一个或多个喷丝板的一个或多个注射泵中。喷丝板连接到高电压(例如，5kV至50kV)源，并且在接地的收集滚筒(collector drum)外部并面向所述收集滚筒。滚筒在纺丝期间通常沿着大致垂直于从喷丝板延伸到滚筒的纺丝方向的旋转轴线旋转。当溶胶-凝胶从注射泵(或其他存储罐)供应到喷丝板时，喷丝板与滚筒之间的高电压形成带电的液体射流，所述带电的液体射流作为细小的缠结纤维沉积在滚筒上。随着滚筒的旋转和电纺的继续，在滚筒的圆周周围形成二氧化硅纤维的纤维垫。在各种实施方案中，喷丝板和(多个)注射泵可设置在可移动的平台上，所述平台可平行于滚筒的长度来移动。以这种方式，可在不增大喷丝板数量的情况下增大所得纤维垫沿着滚筒的长度。也可增大滚筒的直径以增大电纺垫的面积大小。垫的厚度可很大程度上取决于用于纺丝的溶胶-凝胶的量，并且因此取决于电纺时间的量。例如，垫的厚度可大于约1/8英寸、或大于约1/4英寸、或大于约1/3英寸、或大于约1/2英寸。

在电纺过程完成之后，从滚筒去除所得垫。例如，可将垫切割成一个或多个片并从滚筒剥离。然后可将垫分成小的纤维碎片，这些碎片可在多种不同组合物中的任一者中用作添加剂。在各种实施方案中，所得纤维碎片各自是缠结在一起的二氧化硅纤维的集合，而不是单一的固体颗粒。例如，可使电纺垫断裂、切割、磨碎、碾磨或以其他方式分成维持纤维结构的小碎片。纤维碎片中的纤维或其部分可通过例如静电力保持在一起，且/或纤维或纤维部分可以机械方式缠结在一起。在实施方案中，通过一个或多个筛网或筛对垫(或垫的一个或多个部分)进行摩擦，并且筛网的网目大小至少部分地决定了由电纺垫产生的所得纤维碎片的大小。例如，可通过具有不断减小的网目大小的一连串两个或更多个筛网(例如，具有网目数100、200、300或甚至400的筛网)对垫或垫部分进行摩擦，以便产生具有期望大小的纤维碎片的集合。在各种实施方案中，纤维碎片的平均大小在大约20μm至大约200μm的范围内。图1A和图1B是根据本发明的实施方案产生的二氧化硅纤维碎片的集合的扫描电子显微镜(SEM)图像。

在各种实施方案中，当垫分成碎片时，碎片的所得集合也包括一个或多个单独的二氧化硅纤维或其部分。在一些实施方案中，特别是当将垫分成小碎片时，纤维碎片中的一个或多个或甚至每一个与一个或多个纤维或其部分相对应。

在制造具有期望大小的纤维碎片之后，可将纤维碎片混合到多种不同组合物中的任一者中，以便赋予其有益的性质。例如，可将纤维碎片混合到涂层材料或粘结剂材料中，诸如涂料、抛光剂、清漆、面漆(例如，用于木材)、胶水、粘合剂、环氧树脂、树脂或密封剂。在各种实施方案中，将碎片以范围为大约每夸脱1克至大约每夸脱50克的浓度添加到组合物中。可将这类涂层材料施加到多种不同制品以赋予其一种或多种有益的特性，所述制品例如是汽车或其他交通工具、船、房屋或其他建筑物或结构(或其部分)、头盔或其他运动设备或防护设备、发动机部件(诸如活塞)等。

还可将纤维碎片混合到用于成型或模制成固体物体的材料中，诸如环氧树脂、聚氨酯、热塑性塑料、热固性塑料、树脂等。在各种实施方案中，将碎片以范围为大约每夸脱0.5克至大约每夸脱10克的浓度添加到组合物中。在各种实施方案中，纤维碎片是疏水的，并且在混合之后和/或在将组合物模制成成型制品或将组合物涂布到(例如，固体物体或织物的)表面上之前搅动组合物以便将碎片分散在组合物内。可将具有嵌入其中的碎片的组合物模制、压制、挤压或以其他方式成型为采取固体物体的形状并且使其固化(在成型之前和/或之后)。在各种实施方案中，碎片对其中混合了碎片的组合物是惰性的，并且不与组合物发生化学反应。所得组合物、涂层和模制物体可表现出提高的(每单位面积)热阻、提高的机械强度和/或提高的耐冲击性。图2A和图2B是根据本发明的实施方案的在聚氨酯固化之后包含嵌入其中的二氧化硅纤维碎片的模制聚氨酯物体的SEM图像。

在本发明的各种实施方案中，将二氧化硅纤维电纺垫本身(或其一部分)嵌入用于成型或模制成固体物体的材料或组合物内，诸如环氧树脂、聚氨酯、热塑性塑料、热固性塑料、树脂等，而无需将垫进一步碎裂成碎片。纤维垫可赋予改进的机械强度、R值、耐冲击性等。

在本发明的示例性实施方案中，制造诸如刨花板的复合材料，使得其掺入如本文所详述的二氧化硅纤维碎片。如本文所用，“刨花板”是指包括木屑、木纤维、木粉和/或其他木材颗粒(和/或来源于其他植物或任何纤维状木质纤维材料的碎屑、纤维、粉末和/或颗粒)以及一种或多种粘结剂(例如，一种或多种树脂)，并且可成型(例如模制、压制和/或挤压)成固体物体(例如，薄板、板、厚板、地板或墙壁或其他结构部分、门、底层地板等)的任何复合材料或混合材料。根据本发明实施方案的刨花板还可包括其他组分，诸如像粘合剂、蜡、杀真菌剂、染料、润湿剂和/或脱模剂。在各种实施方案中，将木屑、木纤维、木粉和/或其他木材颗粒与一种或多种液体粘结剂(例如，一种或多种树脂，诸如像尿醛树脂、酚醛树脂、二苯甲烷二异氰酸酯和/或三聚氰胺脲醛树脂)混合。在各种实施方案中，可将粘结剂(和/或任何其他液体组分)喷洒或雾化在木材颗粒上。可通过例如模制、挤压和/或压制将所得混合物成型成期望的物体。在各种实施方案中，粘结剂干燥、凝固且/或部分地蒸发，并且所得组合物是固体物体。在成型之前、期间和/或之后可施加热量以使粘结剂和/或其他液体组分固化和/或干燥。根据本发明的实施方案，刨花板也可掺入如本文所详述来制造的纤维碎片。这种刨花板可有利地表现出改进的耐火性和/或阻燃性，例如改进的R值。例如，可在混合物成型之前将纤维碎片混合到木材与粘结剂的混合物中。替代地或另外，可在成型之后将混合到液体组合物(诸如环氧树脂或涂料)中的纤维碎片施加到刨花板。

也可将纤维碎片混合到液体组合物中，随后可将液体组合物施加到诸如织物的制品以赋予制品有益的特性。液体组合物在此类实施方案中可干燥到制品上并且变成制品的一部分或制品上的层。例如，可将含二氧化硅纤维的组合物施加到衣物来以耐火服或防弹背心(armored/bullet-proof vest)的方式赋予衣物耐火性或耐冲击性。

在各种实施方案中，可将液体组合物本身施加到二氧化硅纤维电纺垫(或其一部分)，而无需将垫进一步碎裂成碎片。即，电纺纤维垫可提供最终制品的机械稳定性、形状、形式等的全部或大部分。

在各种实施方案中，当将纤维碎片混合到液体组合物中时，构成碎片的纤维或其部分可彼此分离，从而导致单独(或少量)的二氧化硅纤维分散在组合物内。此类纤维可具有为碎片大小的不超过大约10倍、不超过5倍或不超过2倍的单独长度。在其他实施方案中，纤维碎片可在组合物内保持基本上完整。

根据本发明的实施方案可用的涂料可包括粘结剂(即，成膜剂)，基本上由粘结剂组成或由粘结剂组成，并且可包括一种或多种稀释剂(即，溶剂或冲淡剂)。例如，合适的粘结剂可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：合成或天然树脂，醇酸树脂、丙烯酸、乙烯基丙烯酸、醋酸乙烯/乙烯、聚氨酯、聚酯、三聚氰胺树脂、环氧树脂、硅烷、硅氧烷或油。合适的稀释剂可包括以下各项，基本上由以下各项组成或由以下各项组成：例如水、有机溶剂、脂肪族化合物、芳香族化合物、醇、酮、石油馏出物、酯、乙二醇醚和/或诸如丙烯酸、乙烯基丙烯酸(PVA)或苯乙烯丙烯酸的合成聚合物。涂料可包括聚合物颗粒在其中的分散体和/或一种或多种颜料和/或染料。

现在将参考以下实施例描述本发明的实施方案。

实施例

实施例1：二氧化硅纤维垫的制备

使用电纺过程来制备二氧化硅纤维，其中将溶胶-凝胶纺丝到收集滚筒上以形成纤维非织造垫。分两个部分制备溶胶-凝胶。首先，将TEOS与乙醇混合，然后将包含HCl、水和乙醇的第二混合物滴定到所述混合物中。然后让溶胶-凝胶在受控条件下熟化几天，然后再进行纺丝。

在一个实施例中，通过称出384克TEOS 98％和41.8克无水变性乙醇并将它们倒在一起来制备第一溶胶。让第一溶胶在烧杯中静置，并使用磁力搅拌器来产生均质溶液。通过如下方式制备第二溶胶：称量41.8克无水变性乙醇、16.4克蒸馏水和0.34克盐酸，然后将它们倒在一起并用磁力搅拌器混合8秒钟，直到形成均质的第二溶胶。

然后将第二溶胶倒入放置在装有第一溶胶的烧杯上方的滴定装置中。然后滴定装置每秒滴加约5滴，直到经由混合第一溶胶与第二溶胶来形成第三溶胶。在滴加过程期间，在将第二溶胶滴加到第一溶胶中的同时，用磁力搅拌器持续混合第一溶胶。

然后将组合的第三溶胶放入封闭箱中。用风扇以中等速度提供低压真空以去除烟雾。箱内的空气温度为72℉，湿度为60％。让第三溶胶静置并处理约三天。每天搅动混合物以减少结晶结构的形成。随着醇溶剂的蒸发，第三溶胶开始转变为溶胶-凝胶。可监测溶胶-凝胶以确定蒸气中C₂H₄(乙烯)的大致量，所述量可在相对于熟化前的初始溶胶的量的约10-20％范围内。在适当的凝胶化后，将溶胶-凝胶装入电纺机中或冷冻保存以供电纺用。在此实施例中，当溶胶-凝胶的总质量在约70克与约140克之间时，发生适当的凝胶化。此实施例可适当地缩放，并且范围可变化，而仍然产生期望的结构。如SEM所示(图3A至图3J)，所得纤维具有介于约50nm与5μm之间的可变直径。大多数纤维具有在约100nm至约2μm的范围内的直径。图4示出了以约1/4英寸厚度纺制的纤维垫。一旦制备，就使二氧化硅纤维垫破碎成碎片，以便后续混合到多种不同的液体组合物中。

实施例2：二氧化硅纤维碎片作为环氧树脂的添加剂

制造与实施例1中制造的二氧化硅纤维垫类似的二氧化硅纤维垫，然后经由通过一系列具有不断减小的网目大小的筛网进行摩擦，使所述二氧化硅纤维垫破碎成碎片。最后的筛网为200目筛网，所述筛网产生具有大约50μm至大约75μm的平均大小的纤维碎片。对所得碎片进行称重并将其以介于每加仑1.90克与2克之间的浓度添加到环氧树脂组合物。经由真空灌注过程将所得组合物模制成具有大约1/4英寸厚度的矩形板。为了测试模制板的机械性质，向板发射100发0.223、0.410和0.357口径的空尖弹。较高速度、较低口径的子弹从板反弹开而未穿透板，而较低速度的子弹嵌入板内而未穿透板。图5A示出了其中嵌入有0.357子弹的测试板的前侧，图5B示出在测试之后板的未损坏的背侧。在不添加纤维碎片的情况下使用相同环氧树脂组合物进行的类似测试导致子弹轻易穿透板。

实施例3：含二氧化硅纤维碎片的组合物作为帽衬里

制造与实施例1中制造的二氧化硅纤维垫类似的二氧化硅纤维垫，然后经由通过一系列具有不断减小的网目大小的筛网进行摩擦，使所述二氧化硅纤维垫破碎成碎片。最后的筛网为200目筛网，所述筛网产生具有大约50μm至大约75μm的平均大小的纤维碎片。对所得碎片进行称重并将其以介于每夸脱1克与5克之间的浓度添加到聚氨酯组合物。将所得组合物在弯曲的模具中进行模制并且放置在常规柔性织物棒球帽内部、与在帽檐上方的帽的正面部分的内表面齐平。衬里大约为0.1875英寸厚。图6A示出了棒球帽和在插入棒球帽内之前的衬里，并且图6B示出了其中插入有衬里的棒球帽。通过将常规棒球推向带衬里的帽来进行冲击测试。对具有厚的耐冲击泡沫衬里但不具有含有本发明的二氧化硅纤维碎片的衬里的常规刚性丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料棒球头盔进行了相同测试。图6C示出了棒球头盔的外部视图，而图6D示出了头盔的内部视图，其中耐冲击泡沫清晰可见。使用可从Boston,Massachusetts的Tekscan公司获得的FlexiForce ELF力测量系统来测量测试期间的冲击强度。衬里的存在将冲击力从超过1500磅的力(在没有衬里的对照实验中测得)减小到大约280磅的力，这与对于无衬里的棒球头盔测得的冲击力大致相同。

实施例4：含二氧化硅纤维碎片的组合物作为汽车活塞涂层

制造与实施例1中制造的二氧化硅纤维垫类似的二氧化硅纤维垫，然后经由通过一系列具有不断减小的网目大小的筛网进行摩擦，使所述二氧化硅纤维垫破碎成碎片。最后的筛网为200目筛网，所述筛网产生具有大约50μm至大约75μm的平均大小的纤维碎片。对所得碎片进行称重并将其添加到陶瓷涂层的液态先驱液，所述陶瓷涂层通常被施加到铝质汽车活塞头以进行热管理。将所得涂层涂布在内燃机中的一组汽车活塞头上。另外，另一台发动机配备了只带有常规陶瓷涂层的相同类型的活塞。在发动机运行之后，测量活塞下方的温度。期望接近活塞曲柄和发动机的其他部分的此温度尽可能低，特别是与活塞的上部相比，在那里较高温度会改进性能。包括二氧化硅纤维碎片的涂层阻止了活塞下方的更多热量传递，这改进了活塞的热反射并且将部分爆燃能量传递到燃料燃烧阶段，从而导致燃料燃烧效率更高并且碳积累减少，这继而使爆燃更有效。具体地，在涂有包含纤维碎片的涂层的活塞下方测得的温度大约为240℉，而在涂有常规涂层的活塞下方测得的温度大约为500℉，从而证明了基于纤维碎片的涂层抵抗穿过活塞和在活塞下方的热传导的功效。

实施例5：含二氧化硅纤维碎片的粘合剂组合物

制造与实施例1中制造的二氧化硅纤维垫类似的二氧化硅纤维垫，然后经由通过一系列具有不断减小的网目大小的筛网进行摩擦，使所述二氧化硅纤维垫破碎成碎片。最后的筛网为200目筛网，所述筛网产生具有大约50μm至大约75μm的平均大小的纤维碎片。对所得碎片进行称重并将其添加到常规热粘合剂，所述热粘合剂额定受到高达500℉、时间段长达30秒的热暴露。将所得粘合剂组合物施加到具有0.020英寸厚度的铝板的一侧。将热电偶附接到未处理侧。图7A和图7B分别示出了铝板的处理侧和未处理侧。丙烷喷灯位于铝板下方，且板的处理侧面向喷灯。燃烧器的顶部在薄板的处理表面下方大约9.375英寸处。然后点燃燃烧器，让其以12.5slpm的丙烷流量燃烧两小时。图7C描绘了经受来自丙烷喷灯的火焰的铝板。在测试期间，火焰温度保持稳定在大约2100℉，即，远高于粘合剂组合物的额定温度且高于铝的熔点。在测试的持续时间内，在铝板的未处理侧上测得的温度保持在大约1100℉，并且铝板并未熔化。

本文所采用的术语和表达用作描述性术语和表达而不是限制性术语和表达，并且在使用此类术语和表达时，没有意图排除所示和所描述的特征或其部分的任何等同物。另外，已经描述了本发明的某些实施方案，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可使用并入了本文公开的概念的其他实施方案。相应地，所描述的实施方案在所有方面应被视为仅是说明性的而不是限制性的。

Claims (69)

1.一种制备组合物的方法，所述方法包括：

制备初始溶胶，所述初始溶胶包含70重量%至90重量%的正硅酸乙酯、8重量%至25重量%的乙醇、酸催化剂和水；

使所述初始溶胶在40%至80%的湿度和50℉至90℉的温度下熟化至少2天且不超过10天以形成溶胶-凝胶；

对所述溶胶-凝胶进行电纺以形成二氧化硅纤维非织造垫；

使所述垫破碎以形成多个纤维碎片，所述多个纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成；以及

将所述纤维碎片混合到液体组合物中以形成改性的组合物。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述液体组合物包括涂料或粘合剂。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述液体组合物包括环氧树脂或聚氨酯。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述初始溶胶熟化至少3天。

5.如权利要求1所述的方法，其中不将所述初始溶胶暴露于超过100℉的加热下。

6.如权利要求1所述的方法，其中不将所述初始溶胶暴露于超过150℉的加热下。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述初始溶胶包含少于0.1重量%的酸催化剂。

8.如权利要求1所述的方法，其中当所述溶胶-凝胶的重量的范围为熟化前的所述初始溶胶的起始重量的10%至60%时，对所述溶胶-凝胶进行电纺。

9.如权利要求1所述的方法，其中当来自所述溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量的范围为相对于熟化前的所述初始溶胶的10%至40%时，对所述溶胶-凝胶进行电纺。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述纤维碎片具有介于20 μm与200 μm的之间的平均大小。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为50nm至5 μm的直径。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

13.如权利要求1所述的方法，其还包括：将所述改性的组合物作为涂层施加到固体物体。

14.如权利要求13所述的方法，其还包括：将热量施加到所涂布的固体物体，所述涂层阻碍热量穿过所述涂层的传递。

15.如权利要求1所述的方法，其还包括：将所述改性的组合物模制成固体物体。

16.一种根据权利要求1-12中任一项所述的方法制备的组合物，所述组合物包括：

液体载体；以及

多个二氧化硅纤维碎片，所述多个二氧化硅纤维碎片分散在所述液体载体内，所述多个二氧化硅纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成。

17.如权利要求16所述的组合物，其中所述液体载体包括涂料或粘合剂。

18.如权利要求16所述的组合物，其中所述液体载体包括环氧树脂或聚氨酯。

19.如权利要求16所述的组合物，其中所述纤维碎片具有介于20 μm与200 μm之间的平均大小。

20.如权利要求16所述的组合物，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为50 nm至5 μm的直径。

21.如权利要求16所述的组合物，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

22.一种根据权利要求1-12中任一项所述的方法制备的组合物，所述组合物包括：

液体载体；以及

多个二氧化硅纤维或其部分，所述多个二氧化硅纤维或其部分分散在所述液体载体内。

23.如权利要求22所述的组合物，其中所述液体载体包括涂料或粘合剂。

24.如权利要求22所述的组合物，其中所述液体载体包括环氧树脂或聚氨酯。

25.如权利要求22所述的组合物，其中所述纤维或其部分具有范围为50 nm至5 μm的直径。

26.如权利要求22所述的组合物，其中所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

27.如权利要求22所述的组合物，其中所述纤维或其部分是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维非织造垫的部分。

28.一种根据权利要求1-15中任一项所述的方法制备的组合物，所述组合物包括：

聚合物固体；以及

多个二氧化硅纤维碎片，所述多个二氧化硅纤维碎片分散在所述聚合物固体内，所述多个二氧化硅纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成。

29.如权利要求28所述的组合物，其中所述聚合物固体包括环氧树脂或聚氨酯。

30.如权利要求28所述的组合物，其中所述纤维碎片具有介于20 μm与200 μm之间的平均大小。

31.如权利要求28所述的组合物，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为50 nm至5 μm的直径。

32.如权利要求28所述的组合物，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

33.一种根据权利要求1-15中任一项所述的方法制备的组合物，所述组合物包括：

聚合物固体；以及

多个二氧化硅纤维或其部分，所述多个二氧化硅纤维或其部分分散在所述聚合物固体内。

34.如权利要求33所述的组合物，其中所述聚合物固体包括环氧树脂或聚氨酯。

35.如权利要求33所述的组合物，其中所述纤维或其部分具有范围为50 nm至5 μm的直径。

36.如权利要求33所述的组合物，其中所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

37.如权利要求33所述的组合物，其中所述纤维或其部分是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维非织造垫的部分。

38.一种制备组合物的方法，所述方法包括：

制备初始溶胶，所述初始溶胶包含70%至90%的正硅酸乙酯、8%至25%的无水乙醇、酸催化剂和水；

使所述初始溶胶在40%至80%的湿度和50℉至90℉的温度下熟化至少2天且不超过10天以形成溶胶-凝胶；

对所述溶胶-凝胶进行电纺以形成二氧化硅纤维非织造垫；

用液体组合物涂布所述垫的至少一部分或将所述垫的至少一部分浸入液体组合物内；以及

使所述液体组合物固化。

39.如权利要求38所述的方法，其中所述液体组合物包括涂料或粘合剂。

40.如权利要求38所述的方法，其中所述液体组合物包括环氧树脂或聚氨酯。

41.如权利要求38所述的方法，其中所述初始溶胶熟化至少3天。

42.如权利要求38所述的方法，其中不将所述初始溶胶暴露于超过100℉的加热下。

43.如权利要求38所述的方法，其中不将所述初始溶胶暴露于超过150℉的加热下。

44.如权利要求38所述的方法，其中所述初始溶胶包含少于0.1重量%的酸催化剂。

45.如权利要求38所述的方法，其中当所述溶胶-凝胶的重量的范围为熟化前的所述初始溶胶的起始重量的10%至60%时，对所述溶胶-凝胶进行电纺。

46.如权利要求38所述的方法，其中当来自所述溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量的范围为相对于熟化前的所述初始溶胶的10%至40%时，对所述溶胶-凝胶进行电纺。

47.一种根据权利要求38-46中任一项所述的方法制备的组合物，所述组合物包括：

聚合物固体；以及

二氧化硅纤维非织造垫，所述二氧化硅纤维非织造垫嵌入所述聚合物固体内。

48.如权利要求47所述的组合物，其中所述聚合物固体包括环氧树脂或聚氨酯。

49.一种制备刨花板的方法，所述方法包括：

制备初始溶胶，所述初始溶胶包含70重量%至90重量%的正硅酸乙酯、8重量%至25重量%的乙醇、酸催化剂和水；

使所述初始溶胶在40%至80%的湿度和50℉至90℉的温度下熟化至少2天且不超过10天以形成溶胶-凝胶；

对所述溶胶-凝胶进行电纺以形成二氧化硅纤维非织造垫；

使所述垫破碎以形成多个纤维碎片，所述多个纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成；

将所述纤维碎片和多个木材颗粒混合到一种或多种粘结剂中以形成改性的组合物；以及

使所述一种或多种粘结剂固化以形成刨花板。

50.如权利要求49所述的方法，其中所述一种或多种粘结剂包括一种或多种树脂。

51.如权利要求49所述的方法，其中所述初始溶胶熟化至少3天。

52.如权利要求49所述的方法，其中不将所述初始溶胶暴露于超过100℉的加热下。

53.如权利要求49所述的方法，其中不将所述初始溶胶暴露于超过150℉的加热下。

54.如权利要求49所述的方法，其中所述初始溶胶包含少于0.1重量%的酸催化剂。

55.如权利要求49所述的方法，其中当所述溶胶-凝胶的重量的范围为熟化前的所述初始溶胶的起始重量的10%至60%时，对所述溶胶-凝胶进行电纺。

56.如权利要求49所述的方法，其中当来自所述溶胶-凝胶的乙烯蒸气的产量的范围为相对于熟化前的所述初始溶胶的10%至40%时，对所述溶胶-凝胶进行电纺。

57.如权利要求49所述的方法，其中所述纤维碎片具有介于20 μm与200 μm之间的平均大小。

58.如权利要求49所述的方法，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为50 nm至5 μm的直径。

59.如权利要求49所述的方法，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

60.一种根据权利要求49-59中任一项所述的方法制备的刨花板，所述刨花板包括：

一种或多种粘结剂；

多个木材颗粒，所述多个木材颗粒分散在所述一种或多种粘结剂内；以及

多个二氧化硅纤维碎片，所述多个二氧化硅纤维碎片分散在所述一种或多种粘结剂内，所述多个二氧化硅纤维碎片各自由多个二氧化硅纤维或其部分组成。

61.如权利要求60所述的刨花板，其中所述一种或多种粘结剂包括一种或多种树脂。

62.如权利要求60所述的刨花板，其中所述纤维碎片具有介于20 μm与200 μm的之间的平均大小。

63.如权利要求60所述的刨花板，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为50 nm至5 μm的直径。

64.如权利要求60所述的刨花板，其中所述纤维碎片内的所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

65.一种根据权利要求49-59中任一项所述的方法制备的刨花板，所述刨花板包括：

一种或多种粘结剂；

多个木材颗粒，所述多个木材颗粒分散在所述一种或多种粘结剂内；以及

多个二氧化硅纤维或其部分，所述多个二氧化硅纤维或其部分分散在所述一种或多种粘结剂内。

66.如权利要求65所述的刨花板，其中所述一种或多种粘结剂包括一种或多种树脂。

67.如权利要求65所述的刨花板，其中所述纤维或其部分具有范围为50 nm至5 μm的直径。

68.如权利要求65所述的刨花板，其中所述纤维或其部分具有范围为200 nm至1000 nm的直径。

69.如权利要求65所述的刨花板，其中所述纤维或其部分是通过对溶胶-凝胶进行电纺所形成的二氧化硅纤维非织造垫的部分。

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