CN112585008B

CN112585008B - 热绝缘材料及其方法

Info

Publication number: CN112585008B
Application number: CN201880095949.0A
Authority: CN
Inventors: 李明珠; 吴平凡; 吴天纵; 卞裕美; 蔡忠海; 潘祺晟
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2038-07-23
Also published as: US11235552B2; US20210197520A1; KR20220060561A; EP3826845A1; KR20210019104A; EP3826845A4; JP7115721B2; CN112585008A; WO2020019114A1; JP2021524404A

Abstract

本发明提供了一种使用非织造芯层的多层热绝缘体和相关方法，该非织造芯层包含不熔性和阻燃聚合物纤维。一个或多个稀松布设置在非织造芯层的相对的主表面上，并且一个或多个稀松布的周边边缘被封边或能够被封边以将非织造芯层基本上封装在一个或多个稀松布内。任选地，在稀松布或非织造芯层上提供粘结剂以有利于封边。所提供的绝缘体基本上不含灰尘并且能够通过严格的易燃性标准。

Description

热绝缘材料及其方法

技术领域

本发明提供了用于热绝缘的制品。所提供的制品可在机动车和航空航天应用(诸如用于电动车辆的电池仓)中用作热绝缘体。

背景技术

热管理在电动车辆中的重要性再强调也不为过。温度对锂离子电池的性能和使用寿命具有深远的影响。冷冻温度会降低车辆加速度并影响行驶里程。在另一个极端情况下，高温也是不利的，因为此类温度可能会导致功率衰减并降低电池寿命。消费者已经开始期待，此类电池在广泛范围的地理位置和气候条件下使用时，名义上可以使用很多年。

无源热绝缘体可显著提高锂离子电池的效率。众所周知，锂离子电池具有高功率密度，但受限于其窄的工作温度范围。例如，工作温度可由当电池温度超过某个温度(例如，45℃)时激活的冷却器和当温度降至低于某个温度(例如，15℃)时激活的电加热器来管理。加热装置和冷却装置可由铅-酸电池或其他常规电池供电以将锂电池组保持在最佳温度内。可能需要大量能量来预热或冷却电池组。无源热绝缘体可极大地减少这种能量消耗。

工程热管理解决方案可能因安全隐患而变得复杂。在一些国家/地区，法规要求电动车辆必须在单次充电和电池功率密度上达到一定的里程碑，才有资格获得政府奖励。然而，高功率密度可能会增加电池部件着火的风险。因此，要求电池的部件和电池周围的隔室是阻燃的。例如，对于无源热绝缘材料，制造商要求这些材料通过UL94-V0易燃性测试。

发明内容

氧化聚丙烯腈(“OPAN”)具有使其适用于无源绝缘应用的各种物理特性，因为其可形成为膨松有弹性的纤维结构并且是不易燃的。与OPAN相关的一个技术问题涉及其“脱落”纤维的趋势。纤维脱落不仅是污染问题，而且在美学上也是有问题的，因为OPAN纤维的颜色为黑色，使得它们即使数量微小，在视觉上也非常突出。这不仅对于OPAN纤维而且对于其他不熔性纤维都是一个问题，因为此类纤维在形成为幅材时不会自然地彼此焊接或粘结，并且因此很容易变成空气传播的。

解决纤维脱落的问题的一种方法是将OPAN纤维密封在外衬之间，该外衬捕集纤维并防止纤维变成空气传播的。在制造过程中，这可通过封边，例如使用热压机来使边缘熔融并沿厚度方向固化幅材来实现。这对于不熔融的OPAN纤维是不可能的，但可使用可热封且阻燃的材料来实现。

本文提供了具有限制在一对阻燃稀松布之间的OPAN芯层的非织造制品，这些阻燃稀松布使得绝缘体能够沿其边缘热封。有利的是，封装制品可被制成基本上无粉尘，或基本上无纤维脱落。此外，封装制品可通过UL-94V0易燃性标准，并且在技术上适用于电动车辆应用。

在第一方面，提供了一种多层热绝缘体。该多层热绝缘体包括：非织造芯层，该非织造芯层包含不熔性阻燃聚合物纤维；以及一个或多个稀松布，该一个或多个稀松布设置在非织造芯层的相对的主表面上，其中一个或多个稀松布的周边边缘被封边或能够被封边以将非织造芯层基本上封装在一个或多个稀松布内。

在第二方面，提供了一种用于电动车辆的电池组件，该电池组件包括多层热绝缘体。

在第三方面，提供了一种制造多层热绝缘体的方法，该多层热绝缘体包括非织造芯层，该非织造芯层包含不熔性聚合物纤维，该方法包括：沿着非织造芯层的每个主表面设置稀松布；以及对稀松布的周边边缘进行封边以将非织造芯层基本上封装在稀松布内。

附图说明

图1为多层热绝缘体在被热封之前的侧面剖视图；

图2至图3为相应的多层热绝缘体在被热封之后的侧面剖视图；并且

图4为制造多层热绝缘体的示例性方法的示意图。

在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多其他修改形式和实施方案，这些修改形式和实施方案均落在本公开原理的范围和实质内。附图未按比例绘制。

定义

如本文所用：

“环境条件”意指在25℃和101.3kPa的压力下；

除非另外指明，否则“平均”意指数均；

“共聚物”是指由两种或更多种不同聚合物的重复单元制成的聚合物，并且包括无规、嵌段和星形(例如树枝状)共聚物；

通过以下方式确定非织造芯层中的纤维的“平均纤维直径”：诸如通过使用扫描电镜来制备纤维结构的一幅或多幅图像；测量一幅或多幅图像中的清晰可见的纤维的横向尺寸，从而得到纤维直径的总数；以及基于纤维直径的总数来计算平均纤维直径；

“非织造芯层”意指多根纤维，其特征在于纤维通过缠结或点粘结形成片材或垫子，该片材或垫子表现出交织的各个纤维或长丝的结构，但是与针织物的方式不同；

“聚合物”意指相对高分子量的材料，该材料具有至少10,000g/mol的分子量；

“大小”是指给定对象或表面的最长尺寸；

“基本上”意指显著程度，如至少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或99.999％、或100％的量；并且

“厚度”意指一层或多层制品的相对侧之间的距离。

具体实施方式

如本文所用，术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本文所述的实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。

如本文和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述”包括复数对象。因此，举例来说，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外，术语“和/或”意指所列元件中的一个或全部或者所列元件中的任何两个或更多个的组合。

值得注意的是，术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外，“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。本文可使用相对术语诸如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平、垂直等，并且如果是这样，则它们来自在具体附图中所观察的视角。然而，这些术语仅用于简化描述，而并非以任何方式限制本发明的范围。

贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，不是必须指本发明的相同实施方案。在适用的情况下，商品名以全部大写的字母列出。

多层构造

根据一个实施方案的未密封热绝缘体在图1中示出并在下文用数字100表示。未密封热绝缘体100包括设置在一对稀松布102、102之间的非织造芯层101。如图所示，稀松布102、102沿直径相对，其中每个稀松布102跨非织造芯层101延伸并直接接触非织造芯层。

在这种情况下，两个稀松布102、102在任何时刻都不彼此接触。在一些实施方案中，稀松布102、102可沿着未密封热绝缘体100的一个或多个周边边缘彼此接合，以形成其内存在非织造芯层101的包层或小袋。

作为图1中未示出的另一种可能性，稀松布102、102本身可表示沿着未密封热绝缘体100的一个周边边缘折叠的单个稀松布的两个半部，其中非织造芯层101设置在这两个半部之间。

图2示出了通过对图1的未密封热绝缘体100进行封边而获得的热绝缘体200。与热绝缘体100类似，热绝缘体200包括不熔性纤维的非织造芯层201，其中非织造芯层201夹在一对稀松布层202之间。如该图所示，热绝缘体200的周边边缘204、204被永久性地压缩或封边。封边基本上将非织造芯层201连同其中的任何松散纤维一起封装在这对稀松布层202之间。有利的是，仅边缘可被密封，从而避免了压缩热绝缘体200的较大区域可能引起的绝缘性能的劣化。

稀松布202、202的周边边缘可使用任何已知的方法来接合。一种方法是热封，其中向稀松布202、202的面向外的表面施加热量和压力，以压缩和挤出稀松布202、202和非织造芯层201两者中的空隙，从而形成密封。另选地，封边可通过冷焊接来实现，冷焊接是其中两个表面接合而在接头处不存在任何液相或熔融相的方法。作为另一替代方案，封边可以粘合方式进行，其中液体粘合剂沿着封边填充稀松布202、202和非织造芯层201内的间隙。每种方法可有效地防止松散纤维逸出。

非织造芯层和稀松布不需要是互相同延的。例如，稀松布102、102可被制成在面积上大于非织造芯层101，使得稀松布102、102的周边边缘不与非织造芯层101的周边边缘重叠。周边边缘可沿着热绝缘体100的整个周边延伸并且包括稀松布102、102，但不包括非织造芯层101。有利的是，这允许稀松布102、102的周边边缘以防止来自非织造芯层101的纤维暴露在成品的外表面上的方式进行封边。

图3示出了密封热绝缘体300，其具有附加特征结构以防止热绝缘体的层相对于彼此移位或滑动。这里，热绝缘体300具有夹在一对稀松布302、302之间的非织造芯层301，如先前实施方案中所示。稀松布302、302的周边边缘304延伸超过非织造芯层301的周边边缘，其中热绝缘体300沿着这些周边边缘304封边。

与先前实施方案不同，热绝缘体300另外包括将非织造芯层301和稀松布302、302彼此粘结的粘合剂层305，如图所示。粘合剂层305防止非织造芯层301和稀松布302、302之间的滑动运动。粘合剂层305使得热绝缘体300能够单独使用粘合剂层305来封边，而不需要单独的粘结剂。

粘合剂层305可包含任何合适的粘合剂。合适的粘合剂可包括含有聚氨酯或丙烯酸酯的热活化粘合剂。在一些实施方案中，粘合剂是刺激响应性的。例如，粘合剂层305最初可为非粘性的，从而使其能够在不受剥离衬垫保护的情况下保存，但在通过热活化时变得发粘。示例性材料在Y.L.Dar、W.Yuan-Huffman、S.Shah和A.Xiao的《粘附科学和技术杂志》，第21卷，第1645页(2007年)(Y.L.Dar,W.Yuan-Huffman,S.Shah,and A.Xiao,J.AdhesionSci.Technol.,21,1645(2007))中有所描述。粘合剂还可与阻燃剂诸如溴盐、磷酸盐和碘盐共混。

各种因素可影响所提供的多层构造的机械特性，包括纤维尺寸、增强纤维上任何粘结部位的存在、纤维缠结和总体体密度。拉伸强度和拉伸模量是可表征非织造芯层的特性的量度。

拉伸模量一般指示材料的刚度并且可为7kPa至1400kPa、70kPa至550kPa、140kPa至350kPa，或在一些实施方案中，小于、等于或大于5kPa、7kPa、10kPa、15kPa、20kPa、25kPa、30kPa、40kPa、50kPa、60kPa、70kPa、80kPa、90kPa、100kPa、120kPa、140kPa、150kPa、200kPa、250kPa、300kPa、350kPa、400kPa、450kPa、500kPa、550kPa、600kPa、700kPa、800kPa、900kPa、1000kPa、1100kPa、1200kPa、1300kPa或1400kPa。拉伸强度表示非织造芯层的抗撕裂性或抗永久变形性，并且可为至少28kPa、至少32kPa、至少35kPa，或在一些实施方案中，小于、等于或大于28kPa、29kPa、30kPa、31kPa、32kPa、33kPa、34kPa、35kPa、36kPa、37kPa、38kPa、39kPa、40kPa、42kPa、44kPa、45kPa、47kPa或50kPa。

所提供的热绝缘体可任选地包括图1至图3中未示出的附加层。为了有助于安装，例如，这些示例性热绝缘体中的任一个还可包括外粘合剂层，诸如压敏粘合剂层或其他附接层或紧固机构。此类层可跨一个或两个稀松布或热绝缘体的任何其他面向外的表面延伸并接触它们。作为另一种可能性，这些绝缘体中的任一个可包括固体热障，诸如与非织造芯层相邻的铝片或箔层。对于一些应用，一个或多个隔音层也可联接到非织造芯层。

热绝缘系统可使用任何合适的方法来安装。所提供的热绝缘体不仅是适形的，而且能够被压缩和膨胀以填充容纳它们的腔体或封装件。在一些情况下，用于电动车辆应用中的封装件相对于封装件的最大厚度尺寸可具有在10％至100％范围内的厚度变化。在示例性安装中，所提供的热绝缘体可被压缩放置在此类封装件内，然后被允许膨胀并基本上填充封装件。

这些材料的弹性可基于其在被压缩后不久的尺寸恢复来表征。在优选的实施方案中，例如，在环境条件下被压缩至其原始厚度的37％之后的5分钟，厚度恢复至其原始厚度的至少70％、72％、75％、77％、80％、82％、85％、87％、90％、92％或95％。

多层热绝缘体的各种部件在下面的小节中更详细地描述。

非织造芯层

非织造芯层包含多根不熔性聚合物纤维。这些不熔性聚合物纤维是由在任何温度下均不变成液体的聚合物制成的纤维。在一些情况下，这些聚合物不熔融，因为它们在空气的存在下加热时首先氧化。不熔性聚合物纤维可包括碳纤维、碳纤维前体或它们的组合。

碳纤维前体包括氧化丙烯酸类前体，诸如氧化聚丙烯腈。聚丙烯腈为可用的丙烯酸类前体，其可广泛用于制备碳纤维。在一些实施方案中，聚丙烯腈包含大于70重量％、大于75重量％、大于80重量％、或大于85重量％的丙烯腈重复单元。

不熔性聚合物纤维还包括脱水纤维素前体诸如人造丝。不熔性聚合物纤维还包括木质素纤维。木质素是芳族醇的复合聚合物，称为单木质醇，并且来源于植物。单木质醇单体包括对香豆醇、松柏醇和芥子醇，它们相对于彼此被甲氧基化至不同的程度。

不熔性聚合物纤维还包括某些热固性材料，诸如环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺和有机硅。

天然纤维，诸如棉、亚麻布、大麻、丝绸和动物毛，在熔融之前燃烧。人造丝是由纤维素制成的人造丝，其可具有诸如以下结构I的化学结构。当纤维素燃烧时，其产生二氧化碳和水并且还形成焦。此燃烧反应可例如由以下反应表示：

碳纤维前体还包括沥青基前体。沥青是聚芳族分子和杂环化合物的复合共混物，其可用作碳复合物中的碳纤维或碳填料的前体。在一些实施方案中，偏二氯乙烯和酚醛树脂也可为用于制造碳纤维的前体。

在示例性实施方案中，不熔性纤维包含氧化聚丙烯腈纤维。氧化聚丙烯腈纤维可包括例如以商品名PYRON(密苏里州布里奇顿的卓尔泰克公司(Zoltek Corporation,Bridgeton,MO))和PANOX(德国梅亭根的西格里集团(SGL Group,Meitingen,Germany))购得的那些。

氧化聚丙烯腈纤维衍生自包含丙烯腈与一种或多种共聚单体的共聚物的前体纤维。可用的共聚单体包括例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯和氯乙烯。相对于单体混合物在共聚前的总重量而言，共聚单体可以以至多15重量％、14重量％、13重量％、12重量％、11重量％、10重量％、9重量％或8重量％的量存在。

前体纤维的氧化可通过以下方式实现：首先在高温下对前体纤维进行稳定化以防止纤维的熔融或熔合；使稳定化的纤维碳化以消除非碳元素；以及最后在甚至更高的温度下进行石墨化处理以增强非织造纤维的机械特性。如本文所述，氧化聚丙烯腈纤维包括部分或完全氧化的聚丙烯腈纤维。

在一些实施方案中，对多根不熔性聚合物纤维进行稳定化。稳定化可通过在空气或一些其他氧化气氛中对前体纤维进行受控加热来进行。氧化通常在180℃至300℃范围内的温度下发生，加热速率为1℃/分钟-2℃/分钟。

如果需要，前体纤维可经历进一步加工以减少收缩。前体纤维的收缩可通过在低温稳定化处理期间沿着纤维轴拉伸纤维来减小。此类拉伸可产生沿着纤维轴具有高度优选取向的氧化聚丙烯腈纤维。稳定化过程在丙烯酸类前体的化学结构中产生变化，由此材料对于后续的高温处理变得热稳定。在该过程期间，纤维的颜色变为黑色。将黑色纤维在惰性气氛中在高温(通常为1000℃至1500℃)下以缓慢的加热速率碳化，以避免损害纤维的分子序态。在例如高于2000℃至3000℃的高温下对纤维进行石墨化处理，以改善纤维的纹理并增强非织造芯层的拉伸模量。如果需要，可通过在高温下拉伸来进一步改善纤维的强度和拉伸模量。

更一般地，用于非织造芯层的不熔性聚合物纤维可具有使得纤维能够缠结在非织造芯层内的纤维直径和长度。然而，纤维优选地不太薄以至于幅材强度不当地受到损害。纤维的平均纤维直径可为1微米至100微米、2微米至50微米、5微米至20微米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于1微米、2微米、3微米、5微米、7微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米或100微米。

包含长纤维可减少纤维脱落并进一步增强非织造芯层沿着横向方向的强度。不熔性聚合物纤维的中值纤维长度可为10毫米至100毫米、15毫米至100毫米、25毫米至75毫米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10毫米、12毫米、15毫米、17毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米、50毫米、55毫米、60毫米、65毫米、70毫米、或75毫米。

用于形成非织造芯层的不熔性聚合物纤维可由散纤维制备。可将散纤维放置在拆捆机/混合机的入口传送带上，在拆捆机/混合机中可通过旋转的梳子梳理出散纤维并将它们混合。然后将纤维吹入幅材成形设备中，在那里将它们形成为干法成网非织造芯层。

作为一个替代方案，可使用SPIKE气流成网成形设备(可从丹麦的FormFiber NV公司(FormFiber NV,Denmark)商购获得)来制备含有这些散纤维的非织造纤维幅材。SPIKE设备和使用SPIKE设备形成气流成网幅材的方法的细节在美国专利7,491,354(Andersen)和6,808,664(Falk等人)中有所描述。

可利用具有传送带的两个旋转的销钉辊将散纤维馈送到分体式预拆捆和共混室中。此后，利用鼓风机将散纤维馈送到成形室的顶部。可在室的顶部将纤维材料拆捆并抖松，然后纤维材料穿过上排销钉辊落到达成形室的底部，由此穿过下排销钉辊。然后可通过重力和从多孔形成带/线材的下端施加到成形室的真空的组合将材料在多孔环形带/线材上拉下。

另选地，可在气流成网机中形成非织造芯层。幅材成形设备可例如为可从纽约州马其顿的兰多机器公司(Rando Machine Co.,Macedon,NY)商购获得的RANDO-WEBBER装置。另选地，幅材成形设备可为通过梳理和交叉错叠而不是通过气流成网来制备干法成网幅材的设备。交叉错叠可为水平交叉错叠(例如，使用可从法国塞纳河畔埃尔伯夫的阿斯兰-蒂博公司(ASSELIN-THIBEAU of Elbeuf sur Seine,76504France)商购获得的型材系列交叉错叠机进行)或垂直交叉错叠(例如，使用来自捷克共和国利贝雷茨大学(University ofLiberec,Czech Republic)的STRUTO系统或来自瑞士桑特克斯公司(Santex AG ofSwitzerland)的WAVE-MAKER系统进行)。

氧化聚丙烯腈纤维可以足以为热绝缘体提供期望的阻燃和绝缘特性的任何量存在。氧化聚丙烯腈纤维可以以60重量％至100重量％、70重量％至100重量％、81重量％至100重量％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、或95重量％，或小于或等于100重量％的量存在。

在一些实施方案中，非织造芯层包括多根纤维缠结，其中两根或更多根离散纤维被打结或加捻在一起。这些缠结内的纤维虽然并非物理附接，但也可如此缠绕以致当沿相反方向牵拉它们时，它们都不会分离。

缠结可由针钉合过程或水力缠结过程引起。有利的是，这些过程可提供其中非织造芯层中的纤维沿着垂直于非织造芯层的主表面的方向基本上缠结的缠结，从而增强非织造芯层沿着这些方向的蓬松度并增加它们的强度。

非织造芯层可使用可以商品名DILO从德国迪罗公司(Dilo of Germany)商购获得的针钉合器与倒刺针(例如，可从威斯康星州马尼托沃克的福斯特制针有限公司(FosterNeedle Company,Inc.,of Manitowoc,WI)商购获得)进行缠结，由此上述基本上缠结的纤维为针钉合纤维。针钉合(也称为针刺)通过以下方式使倒刺针阵列反复穿过幅材，并在沿幅材的纤维牵拉的同时使它们缩回来将垂直于非织造芯层的主表面的纤维缠结在一起。

针钉合过程参数(包括所用针的类型(或多种类型)、穿透深度和冲程速度)不受特别限制。另外，单位面积的垫上的最佳针钉合数会依据应用而有所不同。通常，用针钉合非织造芯层以提供平均至少5次针钉合/cm²。优选地，用针钉合垫以提供平均约5至60次针钉合/cm²，更优选地，平均约10至约20次针钉合/cm²。

与针钉合相关联的另外的选项和优点在别处，例如在美国专利公布2006/0141918(Rienke)、2011/0111163(Bozouklian等人)和国际专利申请PCT/CN2017/110372(Cai等人)中有所描述。

非织造芯层也可使用常规水缠结单元(可从缅因州比德福德的蜂窝系统有限公司(Honeycomb Systems Inc.of Bidderford,Me.)商购获得，也可参见美国专利4,880,168(Randall，Jr.))来进行水力缠结。尽管水刺装置的优选液体为水，也可以用其它合适的液体替代水或与水配合使用。

在水缠结过程中，加压液体诸如水以帘状阵列递送到非织造芯层上，该非织造芯层在液体流下方通过。垫或幅材由充当传送带的线材筛网支撑。垫馈送到喷丝孔下方的线材筛网输送机上的缠结单元中。根据缠结垫的最终期望外观来选择线材筛网。粗筛网可制备具有对应于筛网中的孔的穿孔的垫，而非常细小的筛网(例如，100目)可制备无明显穿孔的垫。

在示例性实施方案中，非织造芯层的平均体密度为15kg/m³至50kg/m³、15kg/m³至40kg/m³、20kg/m³至30kg/m³，或在一些实施方案中，小于、等于或大于15kg/m³、16kg/m³、17kg/m³、18kg/m³、19kg/m³、20kg/m³、22kg/m³、24kg/m³、25kg/m³、26kg/m³、28kg/m³、30kg/m³、32kg/m³、35kg/m³、37kg/m³、40kg/m³、42kg/m³、45kg/m³、47kg/m³或50kg/m³。

增强纤维

任选地，非织造芯层包含与称为增强纤维的多根二次纤维共混的多根氧化聚丙烯腈纤维。增强纤维可包括粘结剂纤维，这些粘结剂纤维具有足够低的熔融温度以允许非织造芯层的后续熔融处理。粘结剂纤维通常为聚合物，并且可具有均匀的组成或包含两种或更多种组分。在一些实施方案中，粘结剂纤维是包含芯聚合物的双组分纤维，该芯聚合物沿着纤维的轴延伸并被圆柱形壳聚合物包围。壳聚合物的熔融温度可低于芯聚合物的熔融温度。

然而，如本文所用，“熔融”是指在升高的温度下纤维或(在双组分皮/芯纤维的情况下)纤维的外表面的逐渐转变，在升高的温度下聚酯变得足够柔软和发粘以粘结到与其接触的其他纤维，包括不熔性纤维和具有其相同特性并且如上所述可具有较高或较低熔融温度的任何其他粘结剂纤维。

某些热塑性材料诸如聚酯在熔融时可变得发粘，使得它们适用于粘结剂纤维的外表面。可用的粘结剂纤维具有包含聚合物的外表面，该聚合物的熔融温度为100℃至300℃，或在一些实施方案中，小于、等于或大于100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃。

粘结剂纤维通过形成三维节点阵列来增加热绝缘体中的结构完整性，其中组成纤维彼此物理附接。这些节点提供宏观纤维网络，该宏观纤维网络增加撕裂强度、拉伸模量、保持最终产品的尺寸稳定性并且减少纤维脱落。有利的是，粘结剂纤维的掺入可允许减小体密度，同时保持非织造芯层的结构完整性，这继而减小重量和热导率两者。

增强纤维可具有任何合适的直径以赋予热绝缘体100足够的蓬松度、可压缩性和/或抗撕裂性。增强纤维的平均纤维直径可为10微米至1000微米、15微米至300微米、20微米至100微米，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、120微米、150微米、170微米、200微米、250微米、300微米、400微米、500微米、750微米、或1000微米。

增强纤维可以以1重量％至40重量％、3重量％至30重量％、3重量％至19重量％，或在一些实施方案中，等于或大于0重量％，或小于、等于或大于1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、7重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％或50重量％的量存在。

氧化聚丙烯腈纤维与增强纤维的优选重量比赋予热绝缘体高拉伸强度和抗撕裂性以及可接受的阻燃性，例如通过UL-94V0焰色测试的能力。氧化聚丙烯腈纤维与增强纤维的重量比可为至少4:1、至少5:1、至少10:1，或在一些实施方案中，小于、等于或大于4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。

通过这样减少热传导和对流的总体影响，可以实现令人惊讶的低导热系数。所提供的热绝缘体的非织造芯层可根据ASTM D1518-85(2003年重新批准)在环境条件下显示小于0.035W/K-m、小于0.033W/K-m、小于0.032W/K-m，或在一些实施方案中，小于、等于或大于0.031W/K-m、0.032W/K-m、0.033W/K-m、0.034W/K-m、或0.035W/K-m的导热系数。基于ASTMD5736-95(2001年重新批准)，可在非织造芯层处于其松弛构型(即，未压缩)或被压缩至其原始厚度的20％时获得这些范围内的导热系数。

作为另一种选择，非织造芯层可以包括既不是氧化聚丙烯腈纤维也不是具有包含熔融温度为100℃至300℃的聚合物的外表面的增强纤维的多根纤维。此类纤维可包括例如熔融温度超过300℃的聚酯纤维。然而，为了使热绝缘体的阻燃性最大化，优选的是，氧化聚丙烯腈纤维在不具有包含熔融温度为100℃至300℃的聚合物的外表面的多根纤维中占85体积％以上、90体积％以上或95体积％以上。

任选地，氧化聚丙烯腈纤维和增强纤维各自卷曲以提供卷曲构型(例如，Z字形、正弦形或螺旋形)。另选地，氧化聚丙烯腈纤维和增强纤维中的一些或全部具有线性构型。氧化聚丙烯腈纤维208和/或增强纤维的被卷曲的分数可小于、等于或大于5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。卷曲(其在欧洲专利0714248中有更详细描述)可显著地增加非织造芯层的堆积体积或每单位重量体积。

粘结剂

非织造芯层任选地包括粘结剂以能够对绝缘体进行封边。粘结剂可设置在稀松布和/或非织造芯层上。粘结剂的存在允许通过使粘结剂的至少一部分熔融来对稀松布的周边边缘进行封边。

粘结剂可采取多种形式。在一些实施方案中，通过包含如上所述的粘结剂纤维来提供粘结剂。可用的粘结剂纤维可包括双组分纤维(包括熔融纤维)或单组分纤维。例如，合适的双组分纤维可包括具有低熔点聚烯烃外皮的聚酯或尼龙芯。又如，双组分纤维可具有聚酯芯，该聚酯芯具有聚酯-聚烯烃共聚物外皮，诸如由德克萨斯州休斯敦Kosa公司(KoSa,Houston,TX)提供的254型CELBOND纤维。该纤维具有熔融温度为大约230℉(110℃)的外皮组分。粘结剂纤维也可为聚酯均聚物或共聚物而不是双组分纤维。

合适的单组分纤维包括软化温度低于150℃的热塑性纤维(诸如聚烯烃或尼龙)。其他合适的单组分纤维包括软化温度低于260℃的热塑性纤维(诸如某些聚酯纤维)。为了增强蓬松度，有益的是使这些粘结剂纤维卷曲，如上文相对于增强纤维所述。

任选地，这些粘结剂纤维也可用作非织造芯层的增强纤维。另选地，粘结剂纤维可作为与先前部分中所述的增强纤维分开的组分共混到非织造芯层中。

在其他实施方案中，粘结剂由涂层提供。涂层可设置在稀松布、非织造芯层或两者上。涂层可使用任何已知的方法施加，诸如溶液浇铸或热熔融涂覆。可用的溶液浇铸方法包括刷涂、棒涂、辊涂、擦涂、淋涂、轮转凹版涂布、喷涂或浸涂技术。

对热绝缘体有效进行封边的涂层包括由丙烯酸类聚合物胶乳或聚氨酯基胶乳制成的那些。示例性聚合物粘结剂包括Dow POLYCO 3103(丙烯酸类/乙酸乙烯酯共聚物)、DowRHOPLEX HA-8和DSM NEWREZ R-966(聚氨酯基胶乳)。其他可用的粘结剂材料包括任选地呈水性乳液形式的氟化热塑性塑料，诸如以商品名THV提供并由明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)提供的那些。

胶乳可由水性溶液浇铸到稀松布和/或非织造芯层上。相对于水性溶液的固体含量而言，胶乳粘结剂可具有任何合适的含量。基于涂层的总体固体重量计，胶乳粘结剂可以以1重量％至70重量％、3重量％至50重量％、5重量％至20重量％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、7重量％、10重量％、12重量％、15重量％、17重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％或70重量％的量存在。

粘结剂还可在稀松布与非织造芯层之间提供粘附力。这可通过将粘结剂涂布到稀松布的内表面上，然后再将稀松布置于与非织造芯层接触来实现。任选地，粘结剂可从溶液喷涂到这些内表面上。

涂层应足够厚，以在稀松布和任选的非织造芯层经受热和/或压力时形成大致均匀且无空隙的封边。除其他因素外，给定应用的最小涂层重量将取决于稀松布和非织造芯层的孔隙度和厚度。在示例性实施方案中，涂层的基重为2gsm至100gsm、5gsm至50gsm、10gsm至20gsm，或在一些实施方案中，小于、等于或大于2gsm、3gsm、4gsm、5gsm、7gsm、10gsm、12gsm、15gsm、17gsm、20gsm、25gsm、30gsm、35gsm、40gsm、45gsm、50gsm、55gsm、60gsm、65gsm、70gsm、75gsm、80gsm、85gsm、90gsm、95gsm或100gsm。

可能有利的是，除了粘结剂之外，涂层还包含其他组分。例如，在粘结剂并非阻燃的情况下，涂层还可包含阻燃添加剂。

对这些制品进行的用于测量符合UL94-V0易燃性标准的焰色测试表明，热绝缘体中的薄段最容易燃烧。此外，热绝缘体的封边导致出现厚度减小的区域。因此，发现向施加到封边区域的涂层中添加阻燃剂在增强总体耐火性方面具有特别显著的效果。在某些实施方案中，这种修改使得热绝缘体能够通过UL94-V0易燃性标准。令人惊讶的是，据发现，在一些实施方案中，即使非织造芯层和稀松布单独不能通过UL94-V0易燃性标准，多层热绝缘体整体上也能通过UL94-V0易燃性标准。

可用的阻燃添加剂包括基于磷酸盐的添加剂，诸如多磷酸铵。多磷酸铵是多磷酸和氨的无机盐，并且可以是直链或支链聚合物。其化学式为[NH₄PO₃]_n(OH)₂，其中每个单体由磷原子与三个氧的正磷酸根基团和被铵阳离子中和的一个负电荷组成，留下两个键自由聚合。在支链情况下，一些单体会丢失铵阴离子，而是连接至其他单体。也可使用除多磷酸铵之外的有机磷酸盐。

可增强涂层的耐火性的其他添加剂包括膨胀材料或由于暴露于热而溶胀的物质。在所提供的热绝缘体中，膨胀添加剂可包括以下中的一种或多种：(1)含磷部分，例如由多磷酸铵提供；(2)在火灾的情况下增加烧焦的含羟基部分，诸如蔗糖、邻苯二酚、季戊四醇(“PER”)和没食子酸；以及(3)可充当发泡剂的含氮部分，诸如三聚氰胺或铵。在优选的实施方案中，组分(1)-(3)全部组合使用。膨胀材料还可包括石墨填料，诸如可膨胀石墨。可膨胀石墨是合成的石墨嵌入化合物，其在加热时膨胀。

阻燃添加剂可与粘结剂一起溶解或分散在普通溶剂中，并且两种组分溶液均浇铸到稀松布和/或非织造芯层上。便利的是，多磷酸铵可由也包含聚合物胶乳的水性溶液浇铸。

基于涂层的总固体重量计，阻燃添加剂可以5重量％至95重量％、10重量％至90重量％、20重量％至60重量％，或在一些实施方案中，小于、等于或大于5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的量存在。

水性溶液本身可具有任何合适的浓度以便为所选择的涂布方法提供合适的粘度，并且在稀松布的纤维和/或非织造芯层上提供均匀的涂层。对于喷涂，通常使用1重量％至50重量％、2.5重量％至25重量％、5重量％至15重量％，或在一些实施方案中小于、等于或大于1重量％、1.5重量％、2重量％、2.5重量％、3重量％、3.5重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、12重量％、15重量％、17重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％或50重量％的固体含量。

稀松布

图1至图3中涉及的稀松布不受特别限制，并且可包含织造或非织造的任何类型的开口网状结构。

织造稀松布可具有任何类型的编织，并且非织造稀松布是使用任何众所周知的技术来制备，包括熔喷技术、水刺技术和纺粘技术。

非织造稀松布包括由广泛多种纤维中的任一种制成的那些，所述纤维包括：聚乙烯纤维；聚丙烯纤维；聚乙烯纤维和聚丙烯纤维的混合物；尼龙纤维(诸如上述尼龙)；聚酯纤维(诸如上述聚酯)；丙烯酸类和改性聚丙烯腈纤维，诸如聚丙烯腈纤维和丙烯腈与氯乙烯共聚物纤维；聚苯硫醚纤维；聚苯乙烯纤维；聚乙酸乙烯酯纤维；聚氯乙烯纤维；乙酸纤维素纤维；玻璃纤维；和粘胶纤维。除了上述合成纤维以外，还可使用天然纤维如棉或羊毛。

在所提供的热绝缘体中，用于制备稀松布的合适的聚合物纤维包括聚酰胺、聚酯和聚烯烃，特别是聚乙烯和聚丙烯，或它们的组合。稀松布还可包含玻璃纤维。在一些实施方案中，开口网状织物包含至少一种尼龙、高密度聚乙烯或它们的组合。

在各种实施方案中，稀松布中的每一个稀松布由阻燃纤维构成。虽然玻璃纤维具有比上述聚合物更好的本征耐火性，但即使是易燃聚合物也可通过与足量阻燃添加剂共混而具有显著的耐火性。例如，这些稀松布可由阻燃聚酯纤维制成。

阻燃添加剂可与主体聚合物混溶或不混溶。可混溶的添加剂包括聚合物熔融添加剂，诸如含有酚端基的磷基阻燃剂。聚膦酸酯，包括聚膦酸酯均聚物和共聚物，也可与聚酯混溶形成阻燃纤维。可用的添加剂可以商品名NOFIA从马萨诸塞州切姆斯福德的FRX聚合物有限公司(FRX Polymers,Inc.，Chelmsford，MA)商购获得。一般来讲，在制造具有细纤维直径的稀松布时，优选可混溶的添加剂。如果纤维直径大于10微米，则包含某些不可混溶的盐也可用于增强耐火性。

在一些实施方案中，阻燃纤维在形成为由100％此类纤维制成的非织造幅材时能够通过UL94-V0易燃性标准，并且具有小于250gsm的基重和小于6毫米的幅材厚度。

合适的稀松布无需为纤维的。稀松布可例如包括被打孔以形成网状结构的连续膜。可用的稀松布可由诸如美国专利6,617,002(Wood)、6,977,109(Wood)和7,731,878(Wood)中所述的打孔膜制成。

稀松布通常比非织造芯层薄得多。为了使热绝缘体的重量最小化，可将稀松布仅制成必要的厚度，以用于将松散纤维包封在非织造芯层中，同时满足对强度和韧性的任何技术要求。在优选的实施方案中，一个或两个稀松布的基重为10gsm至100gsm、20gsm至80gsm、30gsm至70gsm，或在一些实施方案中，小于、等于或大于10gsm、12gsm、15gsm、17gsm、20gsm、25gsm、30gsm、35gsm、40gsm、45gsm、50gsm、55gsm、60gsm、65gsm、70gsm、75gsm、80gsm、85gsm、90gsm、95gsm或100gsm。

另外的变体是可能的。例如，非织造芯层和/或稀松布中的纤维可涂布有并非粘结剂的其他组合物。纤维上的涂层可选自例如有机硅、丙烯酸酯和含氟聚合物，由此非织造芯层的比辐射率小于0.5。此处，“比辐射率”被定义为在相同温度和波长以及在相同观察条件下从材料表面辐射的能量与从黑体(完全放射体)辐射的能量的比。降低比辐射率有助于降低材料因热辐射而损失热量的程度。

涂布非织造芯层的组成纤维可赋予显著的功能和/或美观有益效果。例如，涂布纤维具有增强纤维的效果，从而增加幅材的总体强度。某些涂层材料，诸如含氟聚合物和有机硅，可由于气载物质粘附到纤维表面而增强抗污斑性或抗结垢性。在一些应用中，可能期望将纤维包覆在不透明涂层中，也可用于改变非织造芯层的颜色，对于氧化聚丙烯腈纤维或其他碳化纤维，非织造芯层的颜色通常为黑色或灰色。

基于针对给定应用所分配的空间，图1至图3中的非织造芯层可具有任何合适的厚度。作为用于电动车辆车厢中的热绝缘体，非织造芯层的厚度可为1毫米至50毫米、2毫米至25毫米、3毫米至20毫米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米、6毫米、7毫米、8毫米、9毫米、10毫米、12毫米、15毫米、17毫米、20毫米、22毫米、25毫米、27毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米或50毫米。

制造方法

所提供的热绝缘体可以多种方式制备，包括分批法和连续法。

图4为示出示例性连续制造方法的工作流50的示意图。工作流始于由框形箭头52表示的材料输入，所述材料输入馈送到由框54表示的梳理过程中。

材料输入包括非织造芯层的不熔性聚合物纤维，诸如OPAN纤维。不熔性纤维可与任选的增强纤维和/或粘结剂纤维诸如高温聚酯纤维共混。在示例性过程中，将OPAN纤维与高温聚对苯二甲酸乙二醇酯短纤维共混并梳理形成厚度为约8mm的非织造芯层。

再次参见图4，然后在框56中用粘结剂溶液喷涂幅材的顶部主表面和底部主表面。在溶液中分散有聚合物粘结剂和任选的可溶阻燃添加剂以改善涂层的耐火性。基于环境、健康和安全因素，可能有利的是使用水性粘结剂溶液，并且避免了对挥发性有机溶剂的需要。在另选的实施方案中，喷涂仅施加到幅材的顶部主表面或仅施加到幅材的底部主表面。

框56的喷涂步骤可导致粘结剂溶液深深地渗入非织造芯层中，这取决于喷涂技术、喷滴的大小和层的厚度。在一些实施方案中，相对于非织造芯层的厚度，渗透深度为100％，或大于、等于或小于95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％或50％。

然后可在稀松布58、58之间引导经涂布的幅材，并在压料辊60、60之间传送所有三个层。当各层合在一起时，粘结剂溶液可能会略微渗入一个或两个稀松布中，并且因此在涂层干燥时提供一定程度的粘附力。可能有利的是，粘结剂溶液不完全渗透任一稀松布，因为这可能导致热绝缘体的外表面在封边时粘到工具上。

在框62中，将稀松布和经涂布的非织造芯层进行缠结处理。缠结过程可为例如针钉合或水力缠结过程。该过程步骤的输出为多层构造，其中稀松布的纤维和芯层沿着垂直于非织造芯层的主表面的方向基本上彼此缠结。

最后，在框64中，将经涂布并缠结的幅材在烘箱中加热以干燥经涂布的纤维。优选地，该步骤从框56中的纤维涂布过程中移除引入幅材中的基本上所有残余溶剂。该工作流的最终产品为开边热绝缘体，其可以卷的形式保存并且能够由转化器或最终使用者封边。

任选地，框62的缠结步骤可在工作流50的另一阶段进行。例如，该步骤可紧接在框56的喷涂步骤之前进行，使得粘结剂溶液不会污染针钉合中使用的倒刺针。这种改进的工作流的缺点是，只有芯层将被缠结，而不是所有三个层。作为另一种可能性，框62的缠结步骤可稍后移动，使得其在框64的干燥步骤之后发生。通过在缠结之前干燥幅材，也可减轻针污染的问题。

封边可使用任何数量的可用方法来实现。一种方法涉及通过将开边热绝缘体置于与具有一个或多个受热表面的工具接触来同时直接施加热量和压力。在一些实施方案中，表面为金属工具表面。

代替使用受热工具，可以对开边热绝缘体的一个或两个主表面进行加热，紧接着将其在未受热工具表面之间按压，以对绝缘体进行封边。此类热量可通过受热空气(例如，通过对流加热)或通过暴露于光(例如，辐射加热)来赋予。在一些实施方案中，使用超声加热将稀松布表面接合在一起。

在封边之后，通常期望可从工具表面干净地移除密封热绝缘体。粘结剂的正确选择可有利于干净移除。为了避免粘性问题，优选的是粘结剂的软化温度(例如，T_g)远低于稀松布的软化点。如果稀松布由半结晶聚合物(诸如聚酯)制成，则该软化温度可对应于其熔融温度。使用远低于稀松布熔融温度的封边温度也有助于避免在稀松布中引起脆性，脆性可能是由于纤维聚合物中的熔融和重结晶引起的。

为了进一步改善剥离的质量，可利用有机硅处理稀松布的外表面。

尽管不旨在进行限制，但如下枚举了另外的示例性实施方案：

1.一种多层热绝缘体，所述多层热绝缘体包括：非织造芯层，所述非织造芯层包含不熔性阻燃聚合物纤维；和一个或多个稀松布，所述一个或多个稀松布设置在所述非织造芯层的相对的主表面上，其中所述一个或多个稀松布的周边边缘被封边或能够被封边以将所述非织造芯层基本上封装在所述一个或多个稀松布内。

2.根据实施方案1所述的多层热绝缘体，其中所述不熔性聚合物纤维包括碳纤维、碳纤维前体或它们的组合。

3.根据实施方案2所述的多层热绝缘体，其中所述碳纤维、碳纤维前体或它们的组合包括氧化聚丙烯腈、脱水纤维素前体或沥青基前体。

4.根据实施方案1至3中任一项所述的多层热绝缘体，所述多层热绝缘体还包括设置在所述稀松布和/或所述非织造芯层上的粘结剂，其中所述周边边缘被封边或能够通过使所述粘结剂的至少一部分熔融而被封边。

5.根据实施方案4所述的多层热绝缘体，其中所述一个或多个稀松布包括一对稀松布。

6.根据实施方案4或5所述的多层热绝缘体，其中所述粘结剂由分散在所述非织造芯层中的二次纤维提供。

7.根据实施方案4或5所述的多层热绝缘体，其中所述粘结剂由设置在所述一个或多个稀松布和/或所述非织造芯层上的涂层提供。

8.根据实施方案7所述的多层热绝缘体，其中所述涂层包含聚合物胶乳。

9.根据实施方案7或8所述的多层热绝缘体，其中基于所述涂层的总固体重量计，所述粘结剂以10重量％至90重量％的量存在。

10.根据实施方案9所述的多层热绝缘体，其中基于所述涂层的总固体重量计，所述粘结剂以25重量％至75重量％的量存在。

11.根据实施方案10所述的多层热绝缘体，其中基于所述涂层的总固体重量计，所述粘结剂以30重量％至60重量％的量存在。

12.根据实施方案7至11中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述涂层还包含阻燃添加剂。

13.根据实施方案12所述的多层热绝缘体，其中所述阻燃添加剂包括多磷酸铵。

14.根据实施方案12或13所述的多层热绝缘体，其中基于所述涂层的总固体重量计，所述阻燃添加剂以10重量％至90重量％的量存在。

15.根据实施方案14所述的多层热绝缘体，其中基于所述涂层的总固体重量计，所述阻燃添加剂以25重量％至75重量％的量存在。

16.根据实施方案15所述的多层热绝缘体，其中基于所述涂层的总固体重量计，所述阻燃添加剂以40重量％至60重量％的量存在。

17.根据实施方案1至16中任一项所述的多层热绝缘体，其中基于所述非织造芯层的总重量计，所述不熔性聚合物纤维以30重量％至100重量％的量存在。

18.根据实施方案17所述的多层热绝缘体，其中基于所述非织造芯层的总重量计，所述不熔性聚合物纤维以50重量％至90重量％的量存在。

19.根据实施方案18所述的多层热绝缘体，其中基于所述非织造芯层的总重量计，所述不熔性聚合物纤维以60重量％至80重量％的量存在。

20.根据实施方案1至19中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述不熔性聚合物纤维具有1微米至100微米的平均纤维直径。

21.根据实施方案20所述的多层热绝缘体，其中所述不熔性聚合物纤维具有5微米至50微米的平均纤维直径。

22.根据实施方案21所述的多层热绝缘体，其中所述不熔性聚合物纤维具有10微米至30微米的平均纤维直径。

23.根据实施方案1至22中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述非织造芯层具有5kg/m³至200kg/m³的平均体密度。

24.根据实施方案23所述的多层热绝缘体，其中所述非织造芯层具有10kg/m³至100kg/m³的平均体密度。

25.根据实施方案24所述的多层热绝缘体，其中所述非织造芯层具有20kg/m³至40kg/m³的平均体密度。

26.根据实施方案1至25中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述非织造芯层还包含增强纤维，所述增强纤维各自具有包含熔融温度为100℃至300℃的聚合物的外表面。

27.根据实施方案26所述的多层热绝缘体，其中所述增强纤维包含聚酯纤维。

28.根据实施方案26或27中任一项所述的多层热绝缘体，其中基于所述非织造芯层的总重量计，所述增强纤维以5重量％至50重量％的量存在。

29.根据实施方案28所述的多层热绝缘体，其中基于所述非织造芯层的总重量计，所述增强纤维以10重量％至40重量％的量存在。

30.根据实施方案29所述的多层热绝缘体，其中基于所述非织造芯层的总重量计，所述增强纤维以15重量％至30重量％的量存在。

31.根据实施方案26至30中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述增强纤维具有10微米至1000微米的平均纤维直径。

32.根据实施方案31所述的多层热绝缘体，其中所述增强纤维具有15微米至300微米的平均纤维直径。

33.根据实施方案32所述的多层热绝缘体，其中所述增强纤维具有20微米至100微米的平均纤维直径。

34.根据实施方案1至33中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述非织造芯层包含沿着垂直于所述非织造芯层的主表面的方向基本上彼此缠结的纤维。

35.根据实施方案34所述的多层热绝缘体，其中所述基本上缠结的纤维是针钉合的。

36.根据实施方案1至35中任一项所述的多层热绝缘体，其中每个稀松布包含阻燃聚酯纤维。

37.根据实施方案1至36中任一项所述的多层热绝缘体，其中每个稀松布具有10gsm至100gsm的基重。

38.根据实施方案37所述的多层热绝缘体，其中每个稀松布具有20gsm至80gsm的基重。

39.根据实施方案38所述的多层热绝缘体，其中每个稀松布具有30gsm至70gsm的基重。

40.根据实施方案4至39中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述粘结剂由设置在所述一个或多个稀松布和/或所述非织造芯层上的涂层提供，并且进一步地其中所述涂层具有5gsm至100gsm的基重。

41.根据实施方案40所述的多层热绝缘体，其中所述涂层具有10gsm至50gsm的基重。

42.根据实施方案41所述的多层热绝缘体，其中所述涂层具有20gsm至40gsm的基重。

43.根据实施方案1所述的多层热绝缘体，其中所述周边边缘是冷焊接的。

44.根据实施方案1所述的多层热绝缘体，其中所述周边边缘以粘合方式被封边。

45.根据实施方案1至44中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述周边边缘包括所述非织造芯层和所述一个或多个稀松布两者。

46.根据实施方案1至44中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述一个或多个稀松布延伸超过所述非织造芯层，使得所述周边边缘包括所述稀松布但不包括所述非织造芯层。

47.根据实施方案1至46中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述一个或多个稀松布的外表面包含有机硅。

48.根据实施方案1至47中任一项所述的多层热绝缘体，其中所述多层热绝缘体通过UL94-V0易燃性标准。

49.根据实施方案1至48所述的多层热绝缘体，其中所述非织造芯层和所述一个或多个稀松布两者单独地不通过UL94-V0可易燃性标准。

50.一种用于电动车辆的电池组件，所述电池组件包括根据实施方案1至49中任一项所述的多层热绝缘体。

51.一种制造多层热绝缘体的方法，所述多层热绝缘体包括非织造芯层，所述非织造芯层包含不熔性阻燃聚合物纤维，所述方法包括：沿着所述非织造芯层的每个主表面提供稀松布；以及对所述稀松布的周边边缘进行封边以将所述非织造芯层基本上封装在所述稀松布内。

52.根据实施方案51所述的方法，其中每个稀松布为阻燃的。

53.根据实施方案52所述的方法，其中每个稀松布包含阻燃聚酯纤维。

54.根据实施方案51至53中任一项所述的方法，其中对所述周边边缘进行封边包括：在所述稀松布和/或所述非织造芯层上提供粘结剂，以及沿着所述周边边缘施加热量以使所述粘结剂熔融。

55.根据实施方案54所述的方法，其中在所述稀松布和/或所述非织造芯层上设置所述粘结剂包括喷涂所述粘结剂。

56.根据实施方案55所述的方法，其中将所述粘结剂喷涂到所述稀松

布的内表面上以改善所述稀松布与所述非织造芯层之间的粘附性。

57.根据实施方案54至56中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含丙烯酸类聚合物胶乳。

58.根据实施方案54至57中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含阻燃添加剂。

59.根据实施方案58所述的稀松布，其中所述阻燃添加剂包括多磷酸铵。

60.根据实施方案55至59中任一项所述的方法，其中将所述粘结剂由水性溶液喷涂到所述稀松布和/或所述非织造芯层上。

61.根据实施方案60所述的方法，其中所述水性溶液具有2重量％至50重量％的固体含量。

62.根据实施方案61所述的方法，其中所述水性溶液具有3重量％至30重量％的固体含量。

63.根据实施方案62所述的方法，其中所述水性溶液具有5重量％至20重量％的固体含量。

64.根据实施方案51至63中任一项所述的方法，其中对所述周边边缘进行封边包括：在一对工具表面之间按压所述周边边缘。

65.根据实施方案64所述的方法，其中至少一个工具表面为受热表面。

66.根据实施方案64所述的方法，其中在按压所述周边边缘之前通过超声加热对所述周边边缘施加热量。

67.根据实施方案64所述的方法，其中在按压所述周边边缘之前通过对流加热对所述周边边缘施加热量。

68.根据实施方案64所述的方法，其中在按压所述周边边缘之前通过辐射加热对所述周边边缘施加热量。

69.根据实施方案64至68中任一项所述的方法，所述方法还包括从所述工具表面干净地移除所述周边边缘。

70.根据实施方案51至69中任一项所述的方法，其中对所述周边边缘进行封边导致所述周边边缘基本上固化。

71.根据实施方案51至70中任一项所述的方法，其中所述周边边缘包括所述非织造芯层和所述稀松布两者。

72.根据实施方案51至70中任一项所述的方法，其中每个稀松布延伸超过所述非织造芯层，由此所述周边边缘包括所述稀松布但不包括所述非织造芯层。

73.根据实施方案51至72中任一项所述的方法，所述方法还包括对所述非织造芯层进行针钉合。

74.根据实施方案51至73中任一项所述的方法，所述方法还包括用有机硅对所述稀松布的外表面进行表面处理。

通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其他条件和细节不应视为对本公开的不当限制。

实施例

除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。

表1：材料

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测试方法：

表面基重测量：将非织造幅材的某一区段切割成30.5cm×30.5cm(12英寸×12英寸)并称重。将该区段的重量(以g为单位)除以表面积(0.0929m²)得到表面基重，以克/平方米(“gsm”)记录。

非织造幅材厚度测量：根据针对高蓬松非织造织物的厚度的测试方法，遵循ASTMD5736-95的方法。板压校准为0.002psi(13.790帕斯卡)。

焰色测试：FAR 25-853a和FAR 25-853b垂直燃烧器。参考UL94-V0标准，其中火焰高度为20-mm，样品的底部边缘进入火焰10mm，并且燃烧两次，每次10秒。火焰传播高度低于125mm(5英寸)被认为通过。

制备例1：

通过使50mm切割长度80％(按重量计)的OPAN 2和20％(按重量计)的TREVIRA 276短纤维通过桑特克斯公司的造波机系统来梳理所述纤维，以形成150gsm的芯幅材。将样品在150℃的烘箱中活化以熔融高温聚酯纤维，从而粘结OPAN纤维，同时将芯幅材厚度保持在6mm。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

制备例2：

通过使50mm切割长度80％(按重量计)的OPAN 2和20％(按重量计)的TREVIRA 276短纤维通过桑特克斯公司的造波机系统来梳理所述纤维，以形成150gsm的芯幅材。然后将芯幅材传送至德国Eberbach公司的Dilo针织机(型号DI-LOOM OD-1 6)，该针织机具有23行(每行75针)的针板阵列，其中行略微偏移以使图案随机化。针为Foster 20 3-22-1.5B针。阵列沿纵向的深度为大约17.8cm(7英寸)，标称宽度为61cm(24英寸)，针间距为大约7.6mm(0.30英寸)。针板以91次行程/分钟的速度操作，以缠结幅材并将其压实至大约5.1mm(0.20英寸)的厚度。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

制备例3：

通过使50mm切割长度80％(按重量计)的OPAN 1和20％(按重量计)的TREVIRA 270短纤维通过桑特克斯公司的造波机系统来梳理所述纤维，以形成100gsm的8mm芯幅材。通过明尼苏达州明尼阿波利斯的Desptach公司(Despatch of Minneapolis,MN)的Desptach干燥箱将样品在250℃的烘箱中活化以熔融高温聚酯纤维，从而粘结OPAN纤维，同时将芯幅材厚度保持在8mm。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

制备例4：

通过使50mm切割长度80％(按重量计)的OPAN 1和20％(按重量计)的TREVIRA 270短纤维通过桑特克斯公司的造波机系统来梳理所述纤维，以形成100gsm的8mm幅材。然后通过Dilo针织机(型号DI-LOOM OD-1 6)对幅材进行针钉合。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

表2：焰色测试结果

实施例1和实施例2：

将FR PET稀松布置于由制备例1产生的芯幅材的两侧上。用手经由针钉合来缝合芯幅材。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例3和实施例4：

将FR PET稀松布置于制备例3和制备例4中产生的芯幅材样品的两侧上。用手经由针钉合来缝合芯幅材。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例5和实施例6：

将具有粘合剂的FR PET稀松布置于制备例3和制备例4中产生的芯幅材样品的两侧上。用手经由针钉合来缝合芯幅材。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例7和实施例8：

使用实施例1和实施例2中产生的样品，使用PHI型0238-H热压机通过将幅材置于两个10.2cm×17.8cm(4英寸×7英寸)的铝板之间来封边。在150℃(302℉)和2.7MPa下将幅材的边缘热压至0.6mm的厚度，持续2.5分钟。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例9和实施例10：

使用Atom SE231压机和新罕布什尔州斯普林菲尔德(Springfield,NH)的MS(制造商供应公司(Manufacturers Supplies Co.))的裁刀将制备例3和制备例4的芯幅材冲切成27.9cm×27.9cm(11英寸×11英寸)正方形。将具有粘合剂的两个FR PET稀松布冲切成30.5cm×30.5cm(12英寸×12英寸的正方形)。然后将FR PET稀松布堆叠在芯幅材上方和下方，其中1.3cm(0.5英寸)的稀松布与芯幅材在所有四个侧面上重叠并且粘合剂层面向芯。然后用PHI型0238热压机热压样品的边缘，并通过将样品置于与转变后的稀松布大小(27.9cm×27.9cm(11英寸×11英寸))匹配的铝板之间进行密封。在140℃(280℉)和2.7MPa下将幅材的边缘热压至0.2mm的厚度，持续2.5分钟。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例11和实施例12：

将实施例3和实施例4中产生的样品的边缘浸入10％固体含量的THV制剂中。通过将一份50％固体含量的THV340z与四份水混合以制备10％固体含量来制备制剂。然后将样品置于150℃的Despatch干燥烘箱(得自明尼苏达州明尼阿波利斯的Despatch公司(Despatch of Minneapolis, MN))中三分钟以进行干燥。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例13：

使用购自佛罗里达州坦帕市的ECOSS有限公司(ECOSS Inc of Tampa,FL) (通过Amazon.com)的粉末喷枪将5％固体含量THV 340Z的涂层喷涂到在制备例3中产生的芯幅材的顶部和底部上。通过将50％固体含量的一份THV340Z与九(9)份水混合以制备5％固体含量来制备制剂。将样品置于150℃的Despatch干燥烘箱(得自明尼苏达州明尼阿波利斯的Despatch公司)中五分钟以进行干燥。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例14：

使用购自佛罗里达州坦帕市的ECOSS有限公司(通过Amazon.com)的粉末喷枪将5％固体含量的B-15J的涂层喷涂到由制备例3产生的芯幅材的顶部和底部上。通过将50％固体含量的一份B-15J与九(9)份水混合以制备5％固体含量来制备制剂。将样品置于150℃的Despatch干燥烘箱(得自明尼苏达州明尼阿波利斯的Despatch公司)中三分钟以进行干燥。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例15：

通过制备例3产生芯幅材。使用购自南卡罗来纳州兰德拉姆的FlackTek公司(FlackTek Inc of Landrum,SC)的DAC150高速混合器将5％的B-15J与10％的AP420混合以产生300gsm混合物(具有5％的B15和10％的AP420)。使用购自坦帕市的ECOSS有限公司(通过Amazon.com)的粉末喷枪将混合物喷涂到芯幅材的顶部和底部上，从而形成表面。将两个FR PET稀松布置于芯幅材的顶层和底层上。将样品置于150℃的Despatch干燥烘箱(得自明尼苏达州明尼阿波利斯的Despatch公司)中五分钟以进行干燥。然后通过Dilo针织机(型号DI-LOOM OD-1 6)对幅材进行针钉合。使用PHI型0238-H热压机通过将幅材置于两个10.2cm×17.8cm(4英寸×7英寸)的铝板之间来封边。在171℃(340℉)和2.7MPa下将幅材的边缘热压至0.6mm的厚度，持续2.5分钟。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例16：

通过制备例3产生芯幅材。使用购自南卡罗来纳州兰德拉姆的FlackTek公司(FlackTek Inc of Landrum,SC)的DAC150高速混合器将5％的B-15J与10％的AP420混合以产生300gsm混合物(具有5％的B15和10％的AP420)。使用购自坦帕市的ECOSS有限公司(通过Amazon.com)的粉末喷枪将混合物喷涂到芯幅材的顶部和底部上，从而形成表面。通过在芯幅材的顶部和底部上的涂层上辊压来施加两个白色PET稀松布。将样品置于150℃的Despatch干燥烘箱(得自明尼苏达州明尼阿波利斯的Despatch公司)中五分钟以进行干燥。然后通过Dilo针织机(型号DI-LOOM OD-1 6)对幅材进行针钉合。使用PHI型0238-H热压机通过将幅材置于两个10.2cm×17.8cm(4英寸×7英寸)的铝板之间来封边。在171℃(340℉)和2.7MPa下将幅材的边缘热压至0.4mm的厚度，持续2.5分钟。在171℃(340℉)和10.8MPa下将幅材的边缘热压至0.4mm的厚度，持续2.5分钟。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

实施例17-26和比较例1-4：

通过制备例3产生芯幅材。将两个白色PET稀松布置于芯幅材中的每个芯幅材的顶层和底层上。将表3中所示的制剂喷涂到由制备例5产生的FR PET稀松布上。使用购自佛罗里达州坦帕市ECOSS有限公司(通过Amazon.com)的粉末喷枪施加涂层。使用得自南卡罗来纳州兰德拉姆FlackTek有限公司(FlackTek Inc of Landrum,SC)的DAC150高速混合器混合配方。仅在实施例21、22和24中，使用PHI型0238-H热压机通过将幅材置于两个10.2cm×17.8cm(4英寸×7英寸)的铝板之间来封边。在171℃(340℉)和2.7MPa下将幅材的边缘热压至0.4mm的厚度，持续2.5分钟。否则，将白色PET稀松布夹持到芯幅材。对样品进行焰色测试，结果示于表2中。

表3：涂层制剂

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以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求及其所有等同形式限定。

Claims

1.一种多层热绝缘体，所述多层热绝缘体包括：

非织造芯层，所述非织造芯层包含不熔性阻燃聚合物纤维；和

一个或多个稀松布，所述一个或多个稀松布设置在所述非织造芯层的相对的主表面上，

其中所述一个或多个稀松布的周边边缘被封边或能够被封边以将所述非织造芯层基本上封装在所述一个或多个稀松布内，并且

其中所述非织造芯层中的所述不熔性阻燃聚合物纤维沿着垂直于所述非织造芯层的主表面的方向基本上缠结。

2.根据权利要求1所述的多层热绝缘体，其中所述不熔性聚合物纤维包括碳纤维、碳纤维前体或它们的组合。

3.根据权利要求1或2所述的多层热绝缘体，所述多层热绝缘体还包括设置在所述稀松布和/或所述非织造芯层上的粘结剂，其中所述周边边缘被封边或能够通过使所述粘结剂的至少一部分熔融而被封边。

4.根据权利要求3所述的多层热绝缘体，其中所述粘结剂由设置在所述一个或多个稀松布和/或所述非织造芯层上的涂层提供。

5.根据权利要求4所述的多层热绝缘体，其中所述涂层包含聚合物胶乳。

6.根据权利要求4或5所述的多层热绝缘体，其中所述涂层还包含阻燃添加剂。

7.根据权利要求6所述的多层热绝缘体，其中所述阻燃添加剂包括多磷酸铵。

8.根据权利要求1或2所述的多层热绝缘体，其中所述非织造芯层还包含增强纤维，所述增强纤维各自具有包含熔融温度为100℃至300℃的聚合物的外表面。

9.根据权利要求1或2所述的多层热绝缘体，其中每个稀松布包含阻燃聚酯纤维。

10.根据权利要求1或2所述的多层热绝缘体，其中所述周边边缘包括所述非织造芯层和所述一个或多个稀松布两者。

11.根据权利要求1或2所述的多层热绝缘体，其中所述一个或多个稀松布延伸超过所述非织造芯层，使得所述周边边缘包括所述稀松布但不包括所述非织造芯层。

12.一种用于电动车辆的电池组件，所述电池组件包括根据权利要求1至11中任一项所述的多层热绝缘体。

13.一种制造多层热绝缘体的方法，所述多层热绝缘体包括非织造芯层，

所述非织造芯层包含不熔性阻燃聚合物纤维，所述方法包括：

沿着所述非织造芯层的每个主表面提供稀松布；以及

对所述稀松布的周边边缘进行封边以将所述非织造芯层基本上封装在所述稀松布内，

14.根据权利要求13所述的方法，其中每个稀松布包含阻燃聚酯纤维。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中对所述周边边缘进行封边包括：

在所述稀松布和/或所述非织造芯层上提供粘结剂，以及

沿着所述周边边缘施加热量以使所述粘结剂熔融。