CN112384364A - 耐火smc层合体 - Google Patents

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Abstract

一种阻燃SMC层合体组合物，其包括有效量阻燃材料的层，所述有效量阻燃材料的层附接至SMC组合物的层，用于提供阻燃可模塑层合体。

Description

耐火SMC层合体
技术领域
本发明涉及轻质耐火SMC层合体组合物。
背景技术
片状模塑组合物可用作许多物品的壳体和主体。炉、车辆面板和消费品由这样的组合物制成。
家庭环境中的可燃性受许多规定和已经被开发用来降低这样的物品的可燃性的材料的限制。已经发现，以相对高的浓度添加三水合铝(ATH)作为填料来控制这样的SMC结构体的可燃性。
随着电动车辆的出现，需要成组的电池来驱动车辆。电池需要被容置在车辆内的箱或某种容器中。通常，使用轻的铝材料，因为其不燃烧。然而，铝的确在升高温度过程之后变脆且的确具有相当低的熔点，并且不能经受住超过680摄氏度的温度，另外，这些材料是导电的，并因此对于储存电势的电池而言不是最佳选择。因此，期望使用诸如SMC材料的材料作为替代物。
已经创建了车辆中使用的任何材料都必须保持的新标准。目前，材料在经受960摄氏度的汽油火灾时必须经受住最少130秒的燃烧。SMC在高度负载有ATH时可以经受住这种可燃性测试。然而，具有适当量ATH的材料变重，通常比重高于2。另外，满足适当标准所需要的大量ATH使SMC的机械特性降低，足以使其被禁止制造和使用。
因此，期望提供可用于阻燃应用例如电动车辆的电池箱的相对轻质的SMC组合物。
发明内容
根据本发明，提供了阻燃SMC层合体组合物，所述阻燃SMC层合体组合物包括：有效量阻燃材料的层，所述有效量阻燃材料的层附接至SMC组合物的层，用于提供阻燃可模塑层合体。
有效阻燃材料的层与SMC共模塑、重叠模塑或粘附接合，从而提供阻燃可模塑层合体。
根据下文提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得明显。应理解，详细描述和具体实施例虽然指出了本发明的优选实施方案，但仅旨在用于举例说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。
附图说明
根据详细描述和附图，本发明将变得被更全面地理解，其中：
图1示出了可用于制造本发明的SMC组合物的线路；
图2是根据本发明的教导的阻燃SMC层合体的截面图；以及
图3是用于将层合体模塑成最终部件的典型SMC模塑方法的示意图。
具体实施方式
以下优选实施方案的描述本质上仅为示例性的，并且绝不旨在限制本发明、其应用、或用途。
参照图1，示出了可用于制备本申请的阻燃层合体的典型复合线路布局。复合布局在图1中通常以100示出。所示的线路用于对玻璃和碳纤维增强的SMC层合体进行复合，并且可以用于在刮刀箱102处添加阻燃材料。本领域技术人员将容易理解阻燃材料还可以在别处添加，或者在将碳纤维或玻璃填料在玻璃切割箱104或碳切割箱106中切碎和切割时与它们混合。作为实例的层合体线路包括碳筒架108，所述碳筒架108连接至压缩空气和碳纤维入口110。在112处还设置有用于玻璃纤维筒架的空间，用于根据需要进行玻璃增强。在114处设置有第一膜退绕并在116处设置有真空排气装置。在118处设置有第二膜退绕。在层合体进入压实机122之前，在120处设置有预压实机和除气室，最终的SMC阻燃层合体10离开复合线路并且被卷绕在自动卷绕机上。将理解，整个线路在复合过程期间是温度受控的。
现在，参照附图并且特别是参照图2，根据本发明，提供了通常以10示出的阻燃SMC层合体组合物。本发明的SMC层合体至少包括有效量阻燃材料的层12，所述有效量阻燃材料的层12附接至至少一个SMC组合物的层14，用于提供阻燃可模塑层合体。优选地，所得层合体具有小于或等于1.8的比重并且可以在阻燃性方面经受住ASTM E-84标准。在所示的实施方案中，另外的SMC保护层16用于将阻燃材料12夹在结构SMC层14与保护层16之间。
有效量阻燃材料的层12选自：含石墨烯的SMC材料、嵌有织造石墨烯的垫材料、膨胀材料、诺梅克斯(nomex)材料、宽泛的聚芳酰胺(芳族聚酰胺)混料(broad mix Aramid)及其混合物。使用所述层合体生产线路。通常，使用材料的织造垫将这些材料组装。然而，在替代实施方案中，还使用这些材料的单个成网纤维、短切纤维、粉末和浆料。有效阻燃材料的层与SMC共模塑、重叠模塑或粘附接合，从而提供阻燃可模塑层合体。优选地，所得层合体具有小于或等于1.8的比重并且可以在阻燃性方面经受住ASTM E-84标准。
关于用于提供阻燃性的聚芳酰胺层，在本发明中使用约25微米至约1.0mm的聚芳酰胺的层12，其被夹在约1mm至约1.5mm厚的SMC层16与约2.5mm至约4.0mm厚的SMC的结构SMC层14之间。
在第二实施方案中，使用膨胀材料作为阻燃层12。在该实施方案中，使用约.35mm至约2.2mm(在炭膨胀之前)的层来提供必需的阻燃层12。选择该材料使得在190摄氏度至220摄氏度的温度下，膨胀材料呈指数膨胀成其绝缘炭层形式，用于通过这种方法提供阻燃性。
在一个特别优选的层合体中，可以将具有以下组成的含石墨烯的轻质阻燃材料的层施加至标准SMC组合物或者夹在SMC层14与SMC层16之间。或者，该材料在本层合体的发明中任选地用作层14或16或者用作层12。关于含阻燃石墨烯的层，该层的特定实施方案如下。
有效量石墨烯材料在SMC中以约0.1体积％至约10体积％的量与剩余部分的SMC填料和增强成分一起提供在所述SMC中。优选地，石墨烯以约0.2体积％至约5体积％的量提供。
可用于本发明的SMC组合物优选为基于乙烯基酯的SMC，其为用.5英寸至1.5英寸玻璃纤维并且优选约1英寸玻璃纤维的长玻璃纤维增强的。通常，SMC包含20％至30％玻璃纤维，并且通常约25％至约28％玻璃纤维。然而，还可以使用不饱和聚酯、酚醛树脂、聚氨酯和环氧树脂。
在本发明的范围内，组合物中将包含ATH，条件是可以保持SMC树脂的处理特性和机械特性，以及条件是所得组合物保持小于或等于1.8的比重。
石墨烯可以被官能化或者可以不被官能化。可以使用具有官能团如COOH(羧基)的石墨烯来实现与树脂的化学键合，从而产生片状模塑组合物(sheet moldingcomposition，SMC)的更好的机械特性。
本发明的SMC材料在阻燃性方面符合ASTM E-84标准并且还能够经受住经受960摄氏度的汽油燃烧测试130秒。
SMC组合物可用于电动车辆中的电池箱，原因在于即使暴露于火灾，也保持特性并且保留使用寿命。这是优于铝箱的改进，其中如果将所述铝箱暴露于高热，则它们可能被熔化掉或者机械特性严重降低，从而需要替换。
现在参照图3，根据本发明的方法方面，将层合体放置在合适的模具中，所述模具包括腔18和定位在模板22与模板24之间的芯20。通常将腔加热至约135摄氏度至150摄氏度，其中芯要更冷约5度，并将SMC在约65巴至约75巴的压力下模塑足够的时间以使所用的SMC材料固化。
实施例1
有效量阻燃材料的层由含石墨烯的SMC材料、嵌有织造石墨烯的垫材料、膨胀材料、诺梅克斯材料、宽泛的聚芳酰胺(芳族聚酰胺)混料及其混合物制成。使用所述层合体生产线路。使用材料的织造垫将这些材料组装在SMC层之间并且还作为单独的层组装。还使用这些材料的单个成网纤维、短切纤维、粉末和浆料。
关于用于提供阻燃性的聚芳酰胺层，使用约25微米至约1.0mm的聚芳酰胺的层，其被夹在约1mm至约1.5mm厚的SMC层16与约2.5mm至约4.0mm厚的SMC的结构SMC层14之间。
发现制造的SMC和材料在阻燃性方面符合ASTM E-84标准。
实施例2
在第二实施方案中，使用膨胀材料作为阻燃层。在该实施方案中，使用约0.35mm、1.0mm、1.5mm和2.2mm(在炭膨胀之前)的层来提供必需的阻燃层。选择该材料使得在190摄氏度至220摄氏度的温度下，膨胀材料呈指数膨胀成其绝缘炭层形式，用于通过这种方法提供阻燃性。该材料经测试并且在阻燃性方面符合ASTM E-84标准。
实施例3
使用0.1体积％、0.2体积％、5.0体积％、10体积％石墨烯与余量的SMC和填料来制备含石墨烯的轻质阻燃材料的层合体层。将该层施加至标准SMC组合物并且还夹在SMC层之间。根据阻燃性方面的ASTM E-84标准所要求的，发现所述复合物是阻燃的。
所用的SMC组合物为基于乙烯基酯的SMC，其为用0.5英寸、1英寸和1.5英寸玻璃纤维的长玻璃纤维增强的。所用的SMC包含20％、25％、28％和30％玻璃纤维。在有填料和没有填料的情况下，也以以上量使用不饱和聚酯和环氧树脂进行测试。该材料经测试并且在阻燃性方面满足ASTM E-84标准。
本发明的描述本质上仅为示例性的，并因此不脱离本发明的本质的变型旨在在本发明的范围内。这样的变型不被视为脱离本发明的精神和范围。
阻燃SMC层合体的进一步理解将参照本发明人在与本申请相同的日期提交的标题为“LIGHT WEIGHT FIRE RESISTANT SMC COMPOSITION”的共同未决申请来获得，该申请要求于2018年7月11日提交的美国临时序列号62/696,608(代理人案卷号DEC-00367-PCA(711377PCT))的优先权，其全部内容通过引用明确地并入本文。

Claims (22)

1.一种阻燃SMC层合体组合物，包括：
有效量阻燃材料的层，所述有效量阻燃材料的层与SMC组合物共模塑、重叠模塑或粘附接合，用于提供阻燃可模塑层合体。
2.根据权利要求1所述的阻燃SMC层合体组合物，其中所述有效量阻燃材料的层选自：含石墨烯的SMC材料、嵌有织造石墨烯的垫材料、膨胀材料、诺梅克斯材料、宽泛的聚芳酰胺混料及其混合物。
3.根据权利要求2所述的阻燃SMC层合体组合物，其中有效量所述阻燃材料的所述层被夹在可模塑SMC材料的层之间。
4.根据权利要求1所述的阻燃SMC层合体组合物，其中所述材料在阻燃性方面符合ASTME-84标准。
5.根据权利要求1所述的阻燃SMC层合体组合物，其中有效量石墨烯材料在所述SMC中以约0.1体积％至约10体积％的量与剩余部分的SMC提供在所述SMC中。
6.根据权利要求3所述的阻燃SMC层合体组合物，其中所述石墨烯以约0.2体积％至约5体积％的量提供。
7.根据权利要求4所述的阻燃SMC层合体组合物，其中石墨烯包含COOH(羧基)官能团，所述石墨烯提供SMC的机械增强。
8.一种电动车辆的电池箱，包括用于容纳电动车辆电池的外壳，其中所述电池箱的至少一部分包括阻燃SMC组合物，所述阻燃SMC组合物包括：
有效量阻燃材料的层，所述有效量阻燃材料的层附接至SMC组合物的层，用于提供阻燃可模塑层合体。
9.根据权利要求8所述的电动车辆的电池箱，其中所述有效量阻燃材料的层选自：
含石墨烯的SMC材料、嵌有织造石墨烯的垫材料、膨胀材料、诺梅克斯材料、宽泛的聚芳酰胺混料及其混合物。
10.根据权利要求9所述的电动车辆组合物的电池箱，其中有效量所述阻燃材料的所述层被夹在可模塑SMC材料的层之间。
11.根据权利要求8所述的电动车辆的电池箱，其中所述材料在阻燃性方面符合ASTME-84标准。
12.根据权利要求8所述的电动车辆的电池箱，其中有效量石墨烯材料在SMC中以约0.1体积％至约10体积％的量与剩余部分的SMC提供在所述SMC中。
13.根据权利要求10所述的电动车辆的电池箱，其中所述石墨烯以约0.2体积％至约5.0体积％的量提供。
14.根据权利要求11所述的电动车辆的电池箱，其中石墨烯包含COOH(羧基)官能团，所述石墨烯提供SMC的机械增强。
15.一种用于形成阻燃部件的方法，包括以下步骤：制备SMC层合体材料组合物，所述SMC层合体材料组合物包括：
有效量阻燃材料的层，所述有效量阻燃材料的层与SMC(SMC组合物)共模塑、重叠模塑或粘附接合，用于提供阻燃可模塑层合体；以及
由所述SMC层合体材料组合物模塑阻燃部件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述部件包括电动车辆的电池箱的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其中有效量所述阻燃材料的所述层被夹在可模塑SMC材料的层之间。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述有效量阻燃材料的层选自：含石墨烯的SMC材料、织造石墨烯垫材料、膨胀材料、诺梅克斯材料、宽泛的聚芳酰胺混料及其混合物。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述材料在阻燃性方面符合ASTM E-84标准。
20.根据权利要求15所述的方法，其中有效量石墨烯材料在SMC中以约0.1体积％至约10体积％的量与剩余部分的SMC提供在所述SMC中。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述石墨烯包含COOH(羧基)官能团，所述石墨烯提供所述SMC的机械增强。
22.根据权利要求15所述的方法，其中石墨烯以约0.2体积％至约5.0体积％的量提供。
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