CN112680977A - 一种具有相变功能的绝热毡及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种具有相变功能的绝热毡及其制备方法，属于绝热材料技术领域。包括气凝胶毡和涂覆于上表面和/或下表面的相变涂层；所述气凝胶毡以纤维毡为主体，通过聚合物全包裹或半包裹的气凝胶粒子穿插于纤维毡的孔隙内部；所述聚合物中含有感光物质。本发明具有相变功能的绝热毡通过溶胶的制备、凝胶毡的制备、光固化、干燥、膨胀珍珠岩相变材料的制备、相变涂层涂料的制备和复合等步骤制备而成。本发明所述的具有相变功能的绝热毡大幅改善了气凝胶粒子附着不牢固、易碎掉粉等缺点，利用相变涂层的表面涂覆技术，减少了气凝胶粒子在高温下的损害，具有更长的使用寿命。

Description

一种具有相变功能的绝热毡及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有相变功能的绝热毡及其制备方法，尤其适用于新能源汽车、纺织服装、建筑和光伏等领域的保温隔热，属于绝热材料技术领域。

背景技术

随着石油危机和环境污染问题的日益严重，汽车的能源消耗和尾气污染问题越来越受到人们的重视。为了减少传统燃油汽车对能源的损耗和对环境的危害，世界各国都相继加大了汽车节能减排的力度，把新能源汽车作为汽车发展的新方向。

锂离子电池是新能源汽车的主要动力来源，影响着新能源汽车的使用性能和安全性能。据报导，锂离子电池最适合的工作温度为10~35℃，允许的充电温度为0~45℃，允许的放电温度为-20~50℃。然而，锂离子电池在充放电过程中会伴随着各种化学反应。若电池的工作温度超出其安全温度范围，将会发生各种化学连锁反应，造成电池热量的持续积累，进而引发电池的热失控。在低温下，电池充电容易在其内部发生析锂，过量析锂会导致锂枝晶生长，造成内短路。此外，电池的内部化学反应速度受低温的影响会降低，造成内阻增大、产热增多，使电能不能完全释放，充放电效率降低。在高温下，电池的循环寿命会大幅减少，存在着热失控的风险。夏季的酷暑爆晒、冬季的严寒雨雪天气、电池技术不成熟和不良的用车习惯等因素均易造成锂离子电池的热失控，进而引发汽车安全性事故。

近年来，新能源汽车自燃起火事故频发。据不完全统计，2019年1月至7月底，国内外媒体所报道的与动力电池相关的电动汽车安全事故就达40余起，其主要原因之一是电池的热失控及热蔓延。因此，新能源汽车的电池工作温度亟需得到有效控制。在锂离子电池单元间添加绝热材料，可对电池组进行良好的隔热保温，避免其工作温度发生大的波动，杜绝因为一个电池或其他部件起火而引起火势迅速扩大，引燃其他电池，造成整车起火的隐患。

气凝胶毡是一种先进的防火绝热材料，其导热系数可低至0.01~0.03W/(mK)，具有难燃、阻燃、绝缘、柔软和质轻等优点，同时还有一定的抗拉及抗压强度，便于保温施工应用，相比于岩棉、聚氨酯泡棉和橡塑海绵等传统的保温材料综合性能更优，非常适用于动力电池的隔热保温。根据段永康的硕士毕业论文《车用动力电池热特性分析及液冷方式的热蔓延抑制研究》的研究结果，在动力电池之间增加1mm厚的气凝胶毡后，可大幅提高动力电池的热蔓延时间，为车内人员的逃生增加了宝贵时间，提高了新能源汽车的安全性。

然而，汽车在行驶过程中会因停顿、启动等原因发生高频的震动。传统的气凝胶毡结构强度低，会在高频震动下掉粉、产生粉尘，久而久之会造成绝热性能的下降，影响新能源汽车的使用性能和安全性能。此外，单纯使用气凝胶毡只能通过延缓热传导来隔热，其隔热时间不长。若新能源汽车的行驶时间较长或电池发生故障，同样会发生热量过多累积，从而引发热失控的风险。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种具有相变功能的绝热毡及其制备方法，其利用纤维毡的三维骨架支撑气凝胶的骨架，利用聚合物的全包裹或半包裹作用加强气凝胶的颈部连接，共同减少气凝胶粒子在高频震动、冲击、弯折和潮湿等服役环境下的掉粉。同时，在纤维毡的表面涂覆相变涂层涂料，使气凝胶粒子禁锢在纤维毡的内部，实现其长期的隔热保温；在相变过程中吸收或放出热量，使动力电池的服役温度长期保持不变，从而大幅提高新能源汽车的使用性能和安全性能。

本发明的技术方案，一种具有相变功能的绝热毡，包括气凝胶毡和涂覆于上表面和/或下表面的相变涂层；所述气凝胶毡以纤维毡为主体，通过聚合物全包裹或半包裹的气凝胶粒子穿插于纤维毡的孔隙内部；所述聚合物中含有感光物质。

进一步地，所述纤维毡具体为玻璃棉、高硅氧玻璃纤维、短切玻璃纤维、预氧丝纤维、石棉纤维及陶瓷纤维中的一种或几种按任意比例混合；容重为10~180kg/m³；

所述气凝胶粒子为含有Si-O-Si网络结构的纳米粒子，其原生粒径为1~20nm。

所述相变涂层的厚度为0.1~3mm。

进一步地，所述相变涂层涂料的配方比例按重量比计为：聚合物乳液15%~50%、膨胀珍珠岩相变材料12%~30%、成膜剂1%~3%、助剂1%~6%，余量为去离子水；充分混合后即得到相变涂层涂料。

进一步地，所述聚合物乳液具体为苯乙烯-丙烯酸乳液、弹性乳液及有机硅改性丙烯酸乳液中的一种或几种；

所述助剂为流变助剂、防冻剂、pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、附着力促进剂及防腐剂中的一种或几种；

所述膨胀珍珠岩相变材料具体为石蜡、硬脂酸丁酯及硬脂酸乙烯酯中的一种或几种与膨胀珍珠岩复合制备所得。

具有相变功能的绝热毡的制备方法，步骤如下：

（1）溶胶的制备：

a、将硅源、水和无水乙醇按照1：1~10：10~100的摩尔比混合，然后添加水解催化剂，搅拌0.5~48h，调节溶液的pH至2~4，使之充分水解，制得溶胶液体；

b、加入感光物质，感光物质和上述步骤（1）a制备的溶胶液体按照1~10：100的质量比混合，再加入光引发剂，搅拌0.1~6h；光引发剂与感光物质的质量比为1：5~50；

c、加入凝胶催化剂，调节pH至7~9，使之形成感光溶胶液体；

（2）凝胶毡的制备：将纤维毡解卷，保证纤维毡的每一部分都在步骤（1）制备的感光溶胶液体中浸渍0.02~6h，使溶胶在纤维毡的孔隙内形成凝胶，得到凝胶毡；

（3）光固化：利用365nm或395nm的紫外光固化灯辐照步骤（2）制备的凝胶毡，其紫外线强度为100~2000mW/cm²，辐照时间为2~40s，使凝胶毡内的感光物质产生交联网络，得到光固化凝胶毡；

（4）干燥：采用超临界干燥或常压干燥工艺对光固化凝胶毡进行干燥处理，得到绝热毡，冷却至室温；

（5）膨胀珍珠岩相变材料的制备：

a、将相变材料与膨胀珍珠岩按照1~3：1的质量比放入装有磁子的抽滤瓶中，通过真空泵将其内部气压抽至0.03~0.06MPa，保持真空状态0.2~1h；

b、打开集热式恒温加热磁力搅拌器，将其水浴温度设定为60~85℃，待水温稳定后，将抽滤瓶放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，抽真空至0.005~0.02MPa，保压1~5h，使液化后的相变材料被膨胀珍珠岩吸附；

c、关闭真空泵，打开抽滤瓶瓶口，使附着在膨胀珍珠岩表面的相变材料在压力差的作用下渗入膨胀珍珠岩的微孔中，0.5~2h后关闭集热式恒温加热磁力搅拌器，获得膨胀珍珠岩相变材料；

所述相变材料具体为石蜡、硬脂酸丁酯及硬脂酸乙烯酯中的一种或几种；

（6）相变涂层涂料的制备：将膨胀珍珠岩相变材料、聚合物乳液、成膜剂、助剂和去离子水充分混合分散，即制得相变涂层涂料；

（7）复合：将步骤（6）所得的相变涂层涂料涂覆于步骤（4）所得的绝热毡的上表面和/或下表面；在15~70℃的温度下经过2~48h固化，得到具有相变功能的绝热毡。

进一步地，步骤（6）相变涂层涂料的制备具体为：将去离子水、分散剂、润湿剂、消泡剂和成膜剂加入到烧杯中，在100~1000r/min下分散5~30min，再依次加入步骤（5）所述的膨胀珍珠岩相变材料和聚合物乳液，在100~1000r/min下分散20~60min，加入消泡剂、流变助剂、防冻剂、pH调节剂、附着力促进剂和防腐剂，再在100~1000r/min下分散5~30min，制得相变涂层涂料。

进一步地，所述硅源为四乙氧基硅烷及有机乙氧基硅烷中的一种或几种按任意比例混合；

所述水解催化剂为盐酸、氢氟酸、草酸及醋酸中的一种与无水乙醇按任意比例混合的混合液；

所述感光物质为水溶性聚氨酯丙烯酸酯；

所述的光引发剂为苯酮类光引发剂；

所述的凝胶催化剂为NaOH、KOH及氨水中的一种与无水乙醇按任意比例混合的混合液。

进一步地，步骤（2）凝胶毡的制备后的凝胶毡能够经过老化后再进行光固化；

所述老化步骤为：将制备的凝胶毡在20~110℃下、乙醇老化液中老化0~60h，得到老化后的凝胶毡。

进一步地，步骤（4）所述超临界干燥，步骤如下：

a、复卷：将光固化凝胶毡与隔离层卷成一卷，使之形成层层相互间隔的状态，放入盛放乙醇溶液的密闭容器内，使光固化凝胶毡被完全浸没，在20~50℃下老化0~48h，使之进一步地完成凝胶化过程，得到带有隔离层的光固化凝胶毡；

b、萃取：将带有隔离层的光固化凝胶毡转移至超临界干燥釜内，密封釜，充入CO₂，使光固化凝胶毡在45~65℃、8~15MPa的环境下干燥6~24h，然后解卷，去除层与层之间的隔离层，得到绝热毡；

所述常压干燥步骤为：将光固化凝胶毡引入烘箱中，分别在80~120℃、125~155℃和170~210℃下进行阶梯式烘干0.5~12h、0.5~8h和0~4h，使光固化凝胶毡内的湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，得到绝热毡。

进一步地，超临界干燥采用的隔离层具体为聚合物薄膜、雪纺布料、尼龙窗纱、聚氯乙烯网格布或脱模布；其厚度与光固化凝胶毡的厚度比为1：10~100，其长度和宽度大于或等于光固化凝胶毡对应的长度和宽度。

进一步地，所述乙醇老化液具体为乙醇水溶液、无水乙醇或溶解疏水改性剂的乙醇溶液；所述疏水改性剂购自市场。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述的具有相变功能的绝热毡大幅改善了气凝胶粒子附着不牢固、易碎掉粉等缺点，在高频震动、冲击、弯折和潮湿等服役环境下不会发生粉尘泄露，具有非常优异的控温能力和更强的结构稳定性；同时，利用相变涂层的表面涂覆技术，减少了气凝胶粒子在高温下的损害，具有更长的使用寿命。

（2）本发明所述的具有相变功能的绝热毡厚度薄、柔韧性好，既可弯折亦可卷曲，通过单独或叠层使用可达到先隔热后吸热或先吸热后隔热的效果，实现隔热与热量储存和温度调控的一体化，能使动力电池的服役温度长期维持在合理区间内。

（3）本发明所述的具有相变功能的绝热毡的防水、防火性能佳，不仅适用于酷暑严寒和风霜雨雪等恶劣天气，还能大幅延长动力电池因故障引起的热蔓延时间，对于提升新能源汽车的使用性能和安全性能作用显著。

（4）本发明所述的具有相变功能的绝热毡的制备方法与传统的溶胶-凝胶工艺相比，制备时间更短，过程易于控制，无需经过数小时，甚至数十小时的烘干便能得到完全固化的绝热毡，因而更加节能，更易于完成全流程的自动化生产，同时废料可回收利用，适用于生产流水线作业。

附图说明

图1是本发明所述的具有相变功能的绝热毡（上下表面均有相变涂层）的示意图。

图2是本发明所述的气凝胶粒子在纤维毡中的分布示意图。

图3是气凝胶毡的照片。

图4是本发明实施例1所述的具有相变功能的绝热毡的照片。

附图标记说明：10、气凝胶毡（即气凝胶粒子/纤维毡复合材料）；20、相变涂层；31、纤维毡；40、气凝胶粒子（即聚合物全包裹或半包裹的纳米二氧化硅粒子）；41、聚合物；42、纳米二氧化硅粒子。

具体实施方式

实施例1

具有相变功能的绝热毡如图1所示，包括气凝胶毡10和涂覆于上表面和/或下表面的相变涂层20；所述气凝胶毡10以纤维毡31为主体，通过聚合物41全包裹或半包裹的气凝胶粒子40穿插于纤维毡31的孔隙内部；所述聚合物41中含有感光物质。

所述纤维毡具体为玻璃棉、高硅氧玻璃纤维、短切玻璃纤维、预氧丝纤维、石棉纤维及陶瓷纤维中的一种或几种按任意比例混合；容重为10~180kg/m³；

所述气凝胶粒子为含有Si-O-Si网络结构的纳米粒子，其原生粒径为1~20nm。

所述相变涂层的厚度为0.1~3mm。

图3是气凝胶毡照片，图4是本发明实施例1所述的具有相变功能的绝热毡的照片。

实施例2

具有相变功能的绝热毡的制备步骤如下：

（1）溶胶：

a、将四乙氧基硅烷、水和无水乙醇按照1：5：50的摩尔比混合，然后添加盐酸/无水乙醇混合液，搅拌4h，调节溶液的pH至3.5，使之充分水解，制得溶胶液体；

b、将GP-5102型水溶性聚氨酯丙烯酸酯（从深圳市优阳科技有限公司采购）和上述步骤（1）a制备的溶胶液体按照6：100的质量比混合，再加入1173光引发剂，搅拌2h；1173光引发剂与GP-5102型水溶性聚氨酯丙烯酸酯的质量比为1：10；

c、加入NaOH/无水乙醇混合液，调节pH至7.5，使之形成感光溶胶液体；

（2）凝胶毡的制备：将高硅氧针刺毡解卷，保证高硅氧针刺毡的每一部分都在步骤（1）制备的感光溶胶液体中浸渍0.5h，使溶胶在纤维毡的孔隙内形成凝胶，得到凝胶毡；

（3）凝胶毡的老化：将步骤（1）制备的凝胶毡在25℃下、乙醇老化液中老化12h，得到老化后的凝胶毡；

（4）光固化：利用365nm的紫外光固化灯辐照步骤（3）制备的老化后的凝胶毡，其紫外线强度为400mW/cm²，辐照时间为12s，使凝胶毡内的感光物质产生交联网络，得到光固化凝胶毡；

（5）干燥：采用超临界干燥对光固化凝胶毡进行干燥处理；

a、复卷：将光固化凝胶毡与隔离层卷成一卷，使之形成层层相互间隔的状态，得到带有隔离层的光固化凝胶毡；

b、萃取：将带有隔离层的光固化凝胶毡转移至超临界干燥釜内，密封釜，充入CO₂，使光固化凝胶毡在45℃、8.5MPa的环境下干燥8h，然后解卷，去除层与层之间的隔离层，得到绝热毡；

（6）膨胀珍珠岩相变材料的制备：

a、将石蜡与膨胀珍珠岩按照表1所述质量比放入装有磁子的抽滤瓶中，通过真空泵将其内部气压抽至0.05MPa，保持真空状态0.2h；

b、打开集热式恒温加热磁力搅拌器，将其水浴温度设定为65℃，待水温稳定后，将抽滤瓶放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，抽真空至0.01MPa，保压5h，使液化后的石蜡被膨胀珍珠岩吸附；

c、关闭真空泵，打开抽滤瓶瓶口，使附着在膨胀珍珠岩表面的石蜡在压力差的作用下渗入膨胀珍珠岩的微孔中，0.5h后关闭集热式恒温加热磁力搅拌器，获得膨胀珍珠岩相变材料；

（7）相变涂层涂料的制备：

将去离子水、分散剂、润湿剂、消泡剂和成膜剂加入到烧杯中，在500r/min下分散30min，再依次加入步骤（6）所述的膨胀珍珠岩相变材料、苯乙烯-丙烯酸乳液、弹性乳液和有机硅改性丙烯酸乳液，在300r/min下分散60min，加入消泡剂、流变助剂、防冻剂、pH调节剂、附着力促进剂和防腐剂，再在300r/min下分散30min，制得相变涂层涂料。

相变涂层涂料的配方如下：

表1 实施例2的相变涂层的配方

其中，消泡剂选用德固赛迪高消泡剂TEGO Foamex 843。

（8）复合：待绝热毡冷却至室温后，将相变涂层涂料通过刷涂的方法涂覆于绝热毡的上下表面，在40℃下固化48h，得到具有相变功能的绝热毡。

表4是本发明实施例与市售气凝胶毡的综合性能对比。

本实施例2制备的具有相变功能的绝热毡的厚度为5.5mm，其中相变涂层的厚度为0.5mm，即使弯折也不会掉粉，其导热系数为0.025W/(m·K)，密度为218kg/m³，横向拉伸强度为2150kPa，纵向拉伸强度为580kPa。

通过温差实验测试本发明的隔热效果：将本实施例2制备的具有相变功能的绝热毡和市售的5mm厚度的气凝胶毡分别包裹在不锈钢钢管的两侧表面，用彩钢板包裹在两者的表面，起到保护的作用，再将不锈钢钢管的管内温度加热到150℃并保持30min，最后关闭加热按钮，使不锈钢钢管空冷60min。

经测试，市售的5mm厚度的气凝胶毡的表面温度为138℃，而本发明实施例2制备的具有相变功能的绝热毡的表面温度为145℃，温差仅为5℃，说明本发明实施例2制备的具有相变功能的绝热毡的控温能力更优异。此外，与市售的5mm厚度的气凝胶毡相比，本实施例2制备的具有相变功能的绝热毡虽然密度略有上升，但其拉伸强度得到了大幅提升，具有更强的结构稳定性。

实施例3

具有相变功能的绝热毡的制备步骤如下：

（1）溶胶：

a、将二甲基乙氧基硅烷、水和无水乙醇按照1：6：80的摩尔比混合，然后添加草酸/无水乙醇混合液，搅拌1.5h，调节溶液的pH至4.0，使之充分水解，制得溶胶液体；

b、将GP-5120型水溶性聚氨酯丙烯酸酯（从深圳市优阳科技有限公司采购）和上述步骤（1）a制备的溶胶液体按照8：100的质量比混合，再加入1173光引发剂，搅拌2h；1173光引发剂与GP-5120型水溶性聚氨酯丙烯酸酯的质量比为1：15；

c、加入KOH/无水乙醇混合液，调节pH至8.0，使之形成感光溶胶液体；

（2）凝胶毡的制备：将预氧丝纤维毡解卷，保证预氧丝纤维毡的每一部分都在步骤（1）制备的感光溶胶液体中浸渍0.3h，使溶胶在纤维毡的孔隙内形成凝胶，得到凝胶毡；

（3）光固化：利用365nm的紫外光固化灯辐照步骤（2）制备的老化后的凝胶毡，其紫外线强度为400mW/cm²，辐照时间为10s，使凝胶毡内的感光物质产生交联网络，得到光固化凝胶毡；

（4）干燥：采用超临界干燥对光固化凝胶毡进行干燥处理；

a、复卷：将光固化凝胶毡与隔离层卷成一卷，使之形成层层相互间隔的状态，得到带有隔离层的光固化凝胶毡；

b、萃取：将带有隔离层的光固化凝胶毡转移至超临界干燥釜内，密封釜，充入CO₂，使光固化凝胶毡在50℃、9.0MPa的环境下干燥12h，然后解卷，去除层与层之间的隔离层，得到绝热毡；

（5）膨胀珍珠岩相变材料的制备：

a、将硬脂酸乙烯酯与膨胀珍珠岩按照表2所述质量比放入装有磁子的抽滤瓶中，通过真空泵将其内部气压抽至0.06MPa，保持真空状态0.2h；

b、打开集热式恒温加热磁力搅拌器，将其水浴温度设定为80℃，待水温稳定后，将抽滤瓶放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，抽真空至0.02MPa，保压2h，使液化后的硬脂酸乙烯酯被膨胀珍珠岩吸附；

c、关闭真空泵，打开抽滤瓶瓶口，使附着在膨胀珍珠岩表面的硬脂酸乙烯酯在压力差的作用下渗入膨胀珍珠岩的微孔中，2h后关闭集热式恒温加热磁力搅拌器，获得膨胀珍珠岩相变材料；

（6）相变涂层涂料的制备：

将去离子水、分散剂、润湿剂、消泡剂和成膜剂加入到烧杯中，在500r/min下分散5min，再依次加入步骤（5）所述的膨胀珍珠岩相变材料、苯乙烯-丙烯酸乳液、弹性乳液和有机硅改性丙烯酸乳液，在300r/min下分散30min，加入消泡剂、流变助剂、防冻剂、pH调节剂、附着力促进剂和防腐剂，再在300r/min下分散15min，制得相变涂层涂料。

相变涂层涂料的配方如下：

表2 实施例3的相变涂层涂料的配方

其中，消泡剂选用德固赛迪高消泡剂TEGO Foamex 843。

（7）复合：待绝热毡冷却至室温后，将相变涂层涂料通过喷涂的方法涂覆于绝热毡的上表面，在40℃下固化24h，得到具有相变功能的绝热毡。

表4是本发明实施例与市售气凝胶毡的综合性能对比。

本实施例3制备的具有相变功能的绝热毡的厚度为5.5mm，其中相变涂层的厚度为0.5mm，即使弯折也不会掉粉，其导热系数为0.024W/(m·K)，密度为212kg/m³，横向拉伸强度为2185kPa，纵向拉伸强度为590kPa，温差为4℃，具有比市售气凝胶毡更优异的控温能力。与厚度为5mm的市售气凝胶毡相比，本实施例3制备的具有相变功能的绝热毡虽然密度略有上升，但其拉伸强度得到了大幅提升，具有更强的结构稳定性。

实施例4

具有相变功能的绝热毡的制备步骤如下：

（1）溶胶：

a、将四乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、水和无水乙醇按照0.95：0.05：5：60的摩尔比混合，然后添加氢氟酸/无水乙醇混合液，搅拌1.5h，调节溶液的pH至3.5，使之充分水解，制得溶胶液体；

b、将GP-5132型水溶性聚氨酯丙烯酸酯（从深圳市优阳科技有限公司采购）和上述步骤（1）a制备的溶胶液体按照5：100的质量比混合，再加入1173光引发剂，搅拌2h；1173光引发剂与GP-5132型水溶性聚氨酯丙烯酸酯的质量比为1：20；

c、加入氨水/无水乙醇混合液，调节pH至7.5，使之形成感光溶胶液体；

（2）凝胶毡的制备：将陶瓷纤维毡解卷，保证陶瓷纤维毡的每一部分都在步骤（1）制备的感光溶胶液体中浸渍0.8h，使溶胶在纤维毡的孔隙内形成凝胶，得到凝胶毡；

（3）光固化：利用395nm的紫外光固化灯辐照步骤（2）制备的老化后的凝胶毡，其紫外线强度为400mW/cm²，辐照时间为10s，使凝胶毡内的感光物质产生交联网络，得到光固化凝胶毡；

（4）干燥：采用常压干燥工艺对光固化凝胶毡进行干燥处理；

将光固化凝胶毡通过牵引辊引入烘箱中，分别在90℃、135℃和180℃下进行阶梯式烘干6h、4h和2h，使光固化凝胶毡内的湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，得到绝热毡；

（5）膨胀珍珠岩相变材料的制备：

a、将硬脂酸丁酯、石蜡与膨胀珍珠岩按照表3所述质量比放入装有磁子的抽滤瓶中，通过真空泵将其内部气压抽至0.05MPa，保持真空状态0.5h；

b、打开集热式恒温加热磁力搅拌器，将其水浴温度设定为70℃，待水温稳定后，将抽滤瓶放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，抽真空至0.01MPa，保压3h，使液化后的硬脂酸丁酯和石蜡被膨胀珍珠岩吸附；

c、关闭真空泵，打开抽滤瓶瓶口，使附着在膨胀珍珠岩表面的硬脂酸丁酯和石蜡在压力差的作用下渗入膨胀珍珠岩的微孔中，2h后关闭集热式恒温加热磁力搅拌器，获得膨胀珍珠岩相变材料；

（6）相变涂层涂料的制备：

将去离子水、分散剂、润湿剂、消泡剂和成膜剂加入到烧杯中，在500r/min下分散5min，再依次加入步骤（5）所述的膨胀珍珠岩相变材料、苯乙烯-丙烯酸乳液、弹性乳液和有机硅改性丙烯酸乳液，在300r/min下分散30min，加入消泡剂、流变助剂、防冻剂、pH调节剂、附着力促进剂和防腐剂，再在500r/min下分散20min，制得相变涂层涂料。

相变涂层涂料的配方如下：

表3 实施例4的相变涂层涂料配方

其中，消泡剂选用德固赛迪高消泡剂TEGO Foamex 843。

（5）复合：待绝热毡冷却至室温后，将相变涂层涂料通过喷涂的方法涂覆于绝热毡的上表面，在40℃下固化24h，得到具有相变功能的绝热毡。

表4 本发明实施例与市售气凝胶毡的综合性能对比

本实施例4制备的具有相变功能的绝热毡的厚度为5.5mm，其中相变涂层的厚度为0.5mm，即使弯折也不会掉粉，其导热系数为0.026W/(m·K)，密度为225kg/m³，横向拉伸强度为2240kPa，纵向拉伸强度为610kPa，温差为6℃，具有比市售气凝胶毡更优异的控温能力。与市售气凝胶毡相比，本实施例4制备的具有相变功能的绝热毡虽然密度略有上升，但其拉伸强度得到了大幅提升，具有更强的结构稳定性。

上述仅为本发明的几个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。

Claims (10)

1.一种具有相变功能的绝热毡，其特征在于：包括气凝胶毡和涂覆于上表面和/或下表面的相变涂层；所述气凝胶毡以纤维毡为主体，通过聚合物全包裹或半包裹的气凝胶粒子穿插于纤维毡的孔隙内部；所述聚合物中含有感光物质。

2.根据权利要求1所述具有相变功能的绝热毡，其特征在于：所述纤维毡具体为玻璃棉、高硅氧玻璃纤维、短切玻璃纤维、预氧丝纤维、石棉纤维及陶瓷纤维中的一种或几种按任意比例混合；容重为10~180kg/m³；

所述气凝胶粒子为含有Si-O-Si网络结构的纳米粒子，其原生粒径为1~20nm。

3.根据权利要求1所述具有相变功能的绝热毡，其特征在于：所述相变涂层的厚度为0.1~3mm。

4.根据权利要求1所述具有相变功能的绝热毡，其特征在于所述相变涂层涂料的配方比例按重量比计为：聚合物乳液15%~50%、膨胀珍珠岩相变材料12%~30%、成膜剂1%~3%、助剂1%~6%，余量为去离子水；充分混合后即得到相变涂层涂料。

5.根据权利要求4所述具有相变功能的绝热毡，其特征在于：所述聚合物乳液具体为苯乙烯-丙烯酸乳液、弹性乳液及有机硅改性丙烯酸乳液中的一种或几种；

所述助剂为流变助剂、防冻剂、pH调节剂、分散剂、润湿剂、消泡剂、附着力促进剂及防腐剂中的一种或几种；

所述膨胀珍珠岩相变材料具体为石蜡、硬脂酸丁酯及硬脂酸乙烯酯中的一种或几种与膨胀珍珠岩复合制备所得。

6.具有相变功能的绝热毡的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）溶胶的制备：

a、将硅源、水和无水乙醇按照1：1~10：10~100的摩尔比混合，然后添加水解催化剂，搅拌0.5~48h，调节溶液的pH至2~4，使之充分水解，制得溶胶液体；

b、加入感光物质，感光物质和上述步骤（1）a制备的溶胶液体按照1~10：100的质量比混合；再加入光引发剂，光引发剂与感光物质的质量比为1：5~50，搅拌0.1~6h；

c、加入凝胶催化剂，调节pH至7~9，使之形成感光溶胶液体；

（2）凝胶毡的制备：将纤维毡解卷，保证纤维毡的每一部分都在步骤（1）制备的感光溶胶液体中浸渍0.02~6h，使溶胶在纤维毡的孔隙内形成凝胶，得到凝胶毡；

（3）光固化：利用365nm或395nm的紫外光固化灯辐照步骤（2）制备的凝胶毡，其紫外线强度为100~2000mW/cm²，辐照时间为2~40s，使凝胶毡内的感光物质产生交联网络，得到光固化凝胶毡；

（4）干燥：采用超临界干燥或常压干燥工艺对光固化凝胶毡进行干燥处理，得到绝热毡，冷却至室温；

（5）膨胀珍珠岩相变材料的制备：

a、将相变材料与膨胀珍珠岩按照1~3：1的质量比放入装有磁子的抽滤瓶中，通过真空泵将其内部气压抽至0.03~0.06MPa，保持真空状态0.2~1h；

b、打开集热式恒温加热磁力搅拌器，将其水浴温度设定为60~85℃，待水温稳定后，将抽滤瓶放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，抽真空至0.005~0.02MPa，保压1~5h，使液化后的相变材料被膨胀珍珠岩吸附；

c、关闭真空泵，打开抽滤瓶瓶口，使附着在膨胀珍珠岩表面的相变材料在压力差的作用下渗入膨胀珍珠岩的微孔中，0.5~2h后关闭集热式恒温加热磁力搅拌器，获得膨胀珍珠岩相变材料；

所述相变材料具体为石蜡、硬脂酸丁酯及硬脂酸乙烯酯中的一种或几种；

（6）相变涂层涂料的制备：将膨胀珍珠岩相变材料、聚合物乳液、成膜剂、助剂和去离子水充分混合分散，即制得相变涂层涂料；

（7）复合：将步骤（6）所得的相变涂层涂料涂覆于步骤（4）所得的绝热毡的上表面和/或下表面；在15~70℃的温度下经过2~48h固化，得到具有相变功能的绝热毡。

7.根据权利要求6所述具有相变功能的绝热毡的制备方法，其特征在于：

所述硅源为四乙氧基硅烷及有机乙氧基硅烷中的一种或几种按任意比例混合；

所述水解催化剂为盐酸、氢氟酸、草酸及醋酸中的一种与无水乙醇按任意比例混合的混合液；

所述感光物质为水溶性聚氨酯丙烯酸酯；

所述的光引发剂为苯酮类光引发剂；

所述的凝胶催化剂为NaOH、KOH及氨水中的一种与无水乙醇按任意比例混合的混合液。

8.根据权利要求6所述具有相变功能的绝热毡的制备方法，其特征在于：步骤（2）凝胶毡的制备后的凝胶毡能够经过老化后再进行光固化；

所述老化步骤为：将制备的凝胶毡在20~110℃下、乙醇老化液中老化0~60h，得到老化后的凝胶毡。

9.根据权利要求6所述具有相变功能的绝热毡的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述超临界干燥，步骤如下：

a、复卷：将光固化凝胶毡与隔离层卷成一卷，使之形成层层相互间隔的状态，放入盛放乙醇溶液的密闭容器内，使光固化凝胶毡被完全浸没，在20~50℃下老化0~48h，使之进一步地完成凝胶化过程，得到带有隔离层的光固化凝胶毡；

b、萃取：将带有隔离层的光固化凝胶毡转移至超临界干燥釜内，密封釜，充入CO₂，使光固化凝胶毡在45~65℃、8~15MPa的环境下干燥6~24h，然后解卷，去除层与层之间的隔离层，得到绝热毡；

所述常压干燥步骤为：将光固化凝胶毡引入烘箱中，分别在80~120℃、125~155℃和170~210℃下进行阶梯式烘干0.5~12h、0.5~8h和0~4h，使光固化凝胶毡内的湿凝胶逐步干燥、相互交织，形成均匀的支撑网络，得到绝热毡。

10.根据权利要求9所述具有相变功能的绝热毡的制备方法，其特征在于：超临界干燥采用的隔离层具体为聚合物薄膜、雪纺布料、尼龙窗纱、聚氯乙烯网格布或脱模布；其厚度与光固化凝胶毡的厚度比为1：10~100，其长度和宽度大于或等于光固化凝胶毡对应的长度和宽度。

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