CN114032045A - 一种防火保温材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防火保温材料及其制备方法和应用，所述防火保温材料包括依次层叠设置的第一云母板、陶瓷化硅胶泡棉和第二云母板；所述陶瓷化硅胶泡棉的制备原料包括如下组分：甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉、二氧化硅、含氢硅油、催化剂和助剂。本发明所述防火保温材料具有机械强度高，耐高温、防火性能优越，保温性能好等特点。

Description

一种防火保温材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种防火保温材料及其制备方法和应用。
背景技术
传统的玻璃纤维布涂敷SiO2气凝胶作为防火保温材料，价格较贵，且容易掉粉，对环境及人类身体健康造成不利影响。常用有机泡棉作为保温材料存在耐火、耐高温性能不足的问题。陶瓷化硅胶泡棉材料虽然在高温条件下可以瓷化，具有一定的防火耐高温性能，但是自身强度不足，火烧后瓷化结构较为疏松，易剥落。
CN112048242A公开了一种环保型耐高温粉末涂料及其制备方法。其公开的涂料包括采用含硅丙烯酸酯作为流平剂使用，实现了在持续高温状态时，相较传统流平剂减少了挥发流失，解决了由于流平剂大量挥发流失从而影响涂层机械性能的问题；采用有机硅树脂、复合抗氧化剂与含硼玻璃粉配合，实现了涂层在高温状态依然保持较好的机械性能，解决了在粉末涂料在高温状态时机械性能较差的问题；采用由硅微粉、锰铁黑、消光钡、滑石粉所组成的颜填料，实现了在高温时，颜料里挥发损失较少，也避免了由于颜填料的挥发从而污染环境的问题。但是其作为防火保温材料的机械性能不足。
CN111574235A公开了一种耐高温石英陶瓷辊及其制备方法，其公开的耐高温石英陶瓷辊由内至外包括陶瓷辊本体、耐高温涂层；所述陶瓷辊本体，按质量份数计，包含以下组分：熔融石英硅微粉90-95份、助剂2-3份、N-羟甲基丙烯酰胺2-3份、碳纤维1-2份、交联剂1-1.5份、分散剂0.5-1份、粘合剂0.5-1 份、环氧树脂0.5-1份；所述耐高温涂层，按质量份数计，包含以下组分：硅溶胶30-35份、硅氧烷10-14份、聚酯改性有机硅树脂6-8份、玻璃粉5-6份、硫酸钡硅微粉5-6份、碳灰石纤维4-5份、氧化铝晶须4-5份、分散剂2-3份、流平剂0.5-1份。其公开的耐高温石英陶瓷辊及其制备方法，配方合理，制备方法简单，易于实现大规模批量生产，制得的石英陶瓷辊的耐高温性能好、力学性能好、致密性高，使用寿命长，应用前景广泛。但是其配方复杂，成本较高。
综上所述，开发一种原料简单，成本较低，而且兼具力学性能和防火保温性能的防火保温材料至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防火保温材料及其制备方法和应用，所述防火保温材料具有机械强度高、耐高温、防火性能优越和保温性能好等优点，综合性能优异。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种防火保温材料，所述防火保温材料包括依次层叠设置的第一云母板、陶瓷化硅胶泡棉和第二云母板；
所述陶瓷化硅胶泡棉的制备原料包括如下组分：甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉、二氧化硅、含氢硅油、催化剂和助剂。
本发明所述防火保温材料在陶瓷化硅胶泡棉两侧设置云母板，本发明将具有高的机械强度、耐高温和耐火烧冲击性能优异的云母板与所述陶瓷化硅胶泡棉进行复合，形成三层复合结构，所述防火保温材料具有机械强度高，耐高温、防火性能优越，保温性能好等特点，综合性能优异。
优选地，所述陶瓷化硅胶泡棉的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure BDA0003362098770000031
以甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉和二氧化硅的总质量为100％计，所述含氢硅油的质量百分数为3％-5％，3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％、4.2％、 4.4％、4.6％、4.8％等；
所述催化剂的质量百分数为0.01％-1％(例如0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％等)，所述催化剂的质量浓度为2000-4000ppm(例如2500ppm、3000ppm、3500ppm等)；
所述助剂的质量百分数为0.01％-1％(例如0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％等)。
本发明所述选用特定组分及含量的陶瓷化硅胶泡棉，形成的陶瓷化硅胶泡棉用于防火保温材料中性能优异。甲基乙烯基硅树脂的添加量过高，会造成瓷化强度太低；添加量过低，会造成无法加工；玻璃粉的添加量过高，会造成加工性能差，无法成型；添加量过低，会造成瓷化效果不佳；；硅微粉的添加量过高，会造成加工性能差，无法成型；添加量过低，会造成瓷化效果不佳；二氧化硅的添加量过高，会造成加工性能差，无法成型；添加量过低，会造成强度不佳，瓷化效果不佳；含氢硅油的添加量过高，制品偏硬、偏脆，机械性能差；添加量过低，会造成固化不完全。
本发明中，所述甲基乙烯基硅树脂的重量份数为40-60份，例如42份、44 份、46份、45份、50份、52份、54份、56份、58份等。
所述玻璃粉的重量份数为10-30份，例如12份、14份、16份、18份、20 份、22份、24份、26份、28份等。
所述硅微粉的重量份数为10-30份，例如12份、14份、16份、18份、20 份、22份、24份、26份、28份等。
所述二氧化硅的重量份数为5-15份，例如6份、7份、8份、9份、10份、 11份、12份、13份、14份等。
优选地，所述二氧化硅为气相二氧化硅。
优选地，所述含氢硅油的含氢量为3.5％-4.5％，例如3.5％、3.7％、3.9％、 4.1％等。
优选地，所述催化剂包括氯铂酸。
优选地，所述助剂包括炔醇抑制剂。本发明所述防火保温材料包括炔醇抑制剂，原因在于乙烯基硅树脂与含氢硅油在铂金催化剂存在的条件下，室温下可以发生交联反应，致使胶料后续无法操作。
优选地，所述第一云母板与陶瓷化硅胶泡棉之间设置有胶粘层。
所述第二云母板与陶瓷化硅胶泡棉之间设置有胶粘层。
优选地，胶粘层的厚度各自独立地为0.1-50μm，例如1μm、5μm、10μm、 15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm等。
优选地，所述第一云母板和第二云母板的厚度各自独立地为0.2-2mm，例如0.5mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm等。
优选地，所述陶瓷化硅胶泡棉的厚度为0.5-1mm，例如0.6mm、0.7mm、 0.8mm、0.9mm等。
本发明需调整陶瓷化硅胶泡棉的厚度为0.5-1mm，陶瓷化硅胶泡棉在此厚度范围内，可以在有限的空间内为母排提供足够的保温性能；厚度过高，造成性能过盈，原材料浪费，占用空间较大；厚度过低，不能提供足够的保温性能。
作为优选的技术方案，所述防火保温材料依次包括层叠设置的第一云母板、 0.5-1mm陶瓷化硅胶泡棉和第二云母板；
所述陶瓷化硅胶泡棉的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure BDA0003362098770000051
以甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉和二氧化硅的总质量为100％计，所述催化剂的质量百分数为0.01％-1％，所述催化剂的质量浓度为3000ppm；
所述炔醇抑制剂的质量百分数为0.01％-1％。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的防火保温材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉和二氧化硅第一次混合后，再与催化剂和助剂第二次混合，最后与含氢硅油第三次混合，得到硅胶材料；
将硅胶材料第一次压制成陶瓷化硅胶泡棉，将所得陶瓷化硅胶泡棉设置于两片云母板之间，第二次压制，得到所述防火保温材料。
优选地，所述第一次混合、第二次混合和第三次混合的转速各自独立地为 30-100转/分钟，例如40转/分钟、50转/分钟、60转/分钟、70转/分钟、80转/ 分钟、90转/分钟等。
优选地，所述第一次混合的时间为40-80分钟，例如45分钟、50分钟、55 分钟、60分钟、65分钟、70分钟、75分钟等。
优选地，所述第二次混合的时间为10-40分钟，例如15分钟、20分钟、25 分钟、30分钟、35分钟等。
优选地，所述第三次混合的时间为10-40分钟，例如15分钟、20分钟、25 分钟、30分钟、35分钟等。
优选地，所述第二次压制的温度为140-180℃，例如150℃、160℃、170℃等。
优选地，所述第二次压制的压力为50-150吨，例如60吨、70吨、80吨、 90吨、100吨、110吨、120吨、130吨、140吨等。
优选地，所述第二次压制的时间为5-10分钟，例如6分钟、7分钟、8分钟、 9分钟等。
作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1、将甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉和二氧化硅以30-100转/分钟的转速第一次混合后40-80分钟；
再与催化剂和助剂以30-100转/分钟的转速第二次混合10-40分钟；
最后与含氢硅油以30-100转/分钟的转速第三次混合10-40分钟，得到硅胶材料；
步骤2、将硅胶材料第一次压制成陶瓷化硅胶泡棉；
步骤3、将两片云母板的一侧涂覆胶粘剂，形成胶粘层，再将陶瓷化硅胶泡棉设置于所述云母板之间，在160℃下，以100吨的压力，第二次压制5-10分钟，得到所述防火保温材料。
本发明所述方法简单易操作，将上述混合物用开炼机压制成0.5mm-1mm厚的片状，放置于涂敷过胶粘剂的两片云母板之间，一起放入预热至160℃的模具中，在一定压力下(100吨)固化5-10分钟，即得到所需结构的产品，产品厚度可用模具控制。
第三方面，本发明提供一种第一方面所述的防火保温材料在新能源汽车电芯中的应用。
本发明所述防火保温材料应用于新能源汽车电芯间的保温隔热，为电芯提供更理想的工作温度；并同时控制或者减缓电池的热失控，保护车辆及驾乘人员的安全。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述防火保温材料具有机械强度高，耐高温、防火性能优越，保温性能好等特点，综合性能优异。
(2)本发明所述防火保温材料的拉伸强度在120MPa以上，导热系数在0.08 W/m·K以上，吸水率在0.006％以下，初始击穿电压在20kV/mm以上，1200℃火烧10min击穿电压在16kV/mm以上，1200℃十分钟丁烷喷枪不烧穿，不漏电。
附图说明
图1是实施例1所述防火保温材料在模具中的结构示意图；
其中，1-云母板；2-胶粘层；3-陶瓷化硅胶泡棉；4-限位结构；5-模具。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
原料及其来源：
甲基乙烯基硅树脂：购于江西新嘉懿新材料科技有限公司，牌号为MQ；
玻璃粉：购于上海创宇化工新材料有限公司，牌号为BH-95；
硅微粉：购于连云港沃华新材料科技有限公司，细度为400～800目；
含氢硅油：购于润禾高新材料科技股份有限公司，牌号为RH-H503；
炔醇抑制剂：购于陶氏杜邦，牌号为CATHR88；
胶粘剂：购于南京开姆洛克有限公司，牌号为开幕洛克608。
实施例1
本实施例提供一种防火保温材料，其在模具中的结构示意图如图1所示，模具5内设置有限位结构4，限位结构调控防火保温材料的厚度，所述防火保温材料由陶瓷化硅胶泡棉3以及两侧的云母板1组成；云母板和陶瓷化硅胶泡棉 (厚度为0.8mm)之间设置有胶粘层2(厚度为20μm)，所述防火保温材料在模具中形成。
上述防火保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将50份的甲基乙烯基硅树脂、20份玻璃粉、20份硅微粉、10份的气相SiO2在常温的捏合机中，以50转/分钟的转速搅拌60分钟，混合均匀；加入 0.55g炔醇抑制剂和0.5g催化剂，继续混合30分钟，形成混合物；
(2)将100份上述混合物与4份固化剂含氢硅油(含氢量4.0wt.％)在捏合机中在常温的捏合机中，以50转/分钟的转速搅拌30分钟；
(3)将上述混合物用开炼机压制成片状，放置于涂敷过胶粘剂的两片云母板之间，一起放入预热至160℃的模具中，在100吨压力下固化8分钟，得到所述防火保温材料。
实施例2
本实施例提供一种防火保温材料，所述防火保温材料由陶瓷化硅胶泡棉3 以及两侧的云母板1组成；云母板和陶瓷化硅胶泡棉(厚度为0.8mm)之间设置有胶粘层2(厚度为20μm)，。
上述防火保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将40份的甲基乙烯基硅树脂、10份玻璃粉、10份硅微粉、5份的气相SiO2在常温的捏合机中，以100转/分钟的转速搅拌40分钟，混合均匀；加入0.01g炔醇抑制剂和0.01g催化剂，继续混合20分钟，形成混合物；
(2)将100份上述混合物与5份固化剂含氢硅油(含氢量3wt.％)在捏合机中在常温的捏合机中，以80转/分钟的转速搅拌40分钟；
(3)将上述混合物用开炼机压制成片状，放置于涂敷过胶粘剂的两片云母板之间，一起放入预热至160℃的模具中，在100吨压力下固化5分钟，得到所述防火保温材料。
实施例3
本实施例提供一种防火保温材料，所述防火保温材料由陶瓷化硅胶泡棉3 以及两侧的云母板1组成；云母板和陶瓷化硅胶泡棉(厚度为0.8mm)之间设置有胶粘层2(厚度为20μm)，。
上述防火保温材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将60份的甲基乙烯基硅树脂、30份玻璃粉、30份硅微粉、15份的气相SiO2在常温的捏合机中，以30转/分钟的转速搅拌80分钟，混合均匀；加入 1份炔醇抑制剂和1份催化剂，继续混合20分钟，形成混合物；
(2)将100份上述混合物与5份固化剂含氢硅油(含氢量5.0wt.％)在捏合机中在常温的捏合机中，以100转/分钟的转速搅拌10分钟；
(3)将上述混合物用开炼机压制成片状，放置于涂敷过胶粘剂的两片云母板之间，一起放入预热至160℃的模具中，在100吨压力下固化10分钟，得到所述防火保温材料。
实施例4-5
实施例4-5与实施例1的区别在于云母板和陶瓷化硅胶泡棉之间的胶粘层厚度分别为0.05μm(实施例4)和55μm(实施例5)，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于陶瓷化硅胶泡棉的厚度为1.2mm，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于所述不包括胶粘层和云母片，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于将所述陶瓷化硅胶泡棉替换为聚氨酯泡棉，其余均与实施例1相同。
性能测试
将实施例1-6和对比例1-2进行表1所述性能的测试，测试标准也统计在表 1中。
表1
Figure BDA0003362098770000101
Figure BDA0003362098770000111
测试结果汇总于表2中。
表2
Figure BDA0003362098770000112
Figure BDA0003362098770000121
分析表2数据可知，本发明所述防火保温材料的拉伸强度在120MPa以上，导热系数在0.08W/m·K以上，吸水率在0.006％以下，初始击穿电压在20kV/mm 以上，1200℃火烧10min击穿电压在16kV/mm以上，1200℃十分钟丁烷喷枪不烧穿，不漏电。本发明所述防火保温材料具有机械强度高，耐高温、防火性能优越，保温性能好等特点，综合性优异。
分析对比例1与实施例1可知，对比例1性能不如实施例1，证明采用本发明所述结构的防火保温材料性能更佳。
分析对比例2与实施例1可知，对比例2性能不如实施例1，证明采用本发明所述陶瓷化硅胶泡棉形成的防火保温材料性能更佳。
分析实施例4-5与实施例1可知，实施例4-5性能不如实施例1，证明胶粘层的厚度在0.1-50μm范围内形成的防火保温材料性能更佳。
分析实施例6与实施例1可知，实施例6性能不如实施例1，证明陶瓷化硅胶泡棉的厚度在0.5-1mm范围内形成的防火保温材料性能更佳，厚度过高形成的防火保温材料性能会受到影响。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种防火保温材料，其特征在于，所述防火保温材料包括依次层叠设置的第一云母板、陶瓷化硅胶泡棉和第二云母板；
所述陶瓷化硅胶泡棉的制备原料包括如下组分：甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉、二氧化硅、含氢硅油、催化剂和助剂。
2.根据权利要求1所述的防火保温材料，其特征在于，所述陶瓷化硅胶泡棉的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure FDA0003362098760000011
以甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉和二氧化硅的总质量为100％计，所述含氢硅油的质量百分数为3％-5％；
所述催化剂的质量百分数为0.01％-1％，所述催化剂的质量浓度为2000-4000ppm；
所述助剂的质量百分数为0.01％-1％。
3.根据权利要求1或2所述的防火保温材料，其特征在于，所述二氧化硅为气相二氧化硅；
优选地，所述含氢硅油的含氢量为3.5％-4.5％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的防火保温材料，其特征在于，所述催化剂包括氯铂酸；
优选地，所述助剂包括炔醇抑制剂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的防火保温材料，其特征在于，所述第一云母板与陶瓷化硅胶泡棉之间设置有胶粘层；
所述第二云母板与陶瓷化硅胶泡棉之间设置有胶粘层；
优选地，胶粘层的厚度各自独立地为0.1-50μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的防火保温材料，其特征在于，所述第一云母板和第二云母板的厚度各自独立地为0.2-2mm；
优选地，所述陶瓷化硅胶泡棉的厚度为0.5-1mm。
7.一种权利要求1-6任一项所述的防火保温材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
将甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉和二氧化硅第一次混合后，再与催化剂和助剂第二次混合，最后与含氢硅油第三次混合，得到硅胶材料；
将硅胶材料第一次压制成陶瓷化硅胶泡棉，将所得陶瓷化硅胶泡棉设置于两片云母板之间，第二次压制，得到所述防火保温材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一次混合、第二次混合和第三次混合的转速各自独立地为30-100转/分钟；
优选地，所述第一次混合的时间为40-80分钟；
优选地，所述第二次混合的时间为10-40分钟；
优选地，所述第三次混合的时间为10-40分钟；
优选地，所述第二次压制的温度为140-180℃；
优选地，所述第二次压制的压力为50-150吨；
优选地，所述第二次压制的时间为5-10分钟。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1、将甲基乙烯基硅树脂、玻璃粉、硅微粉和二氧化硅以30-100转/分钟的转速第一次混合后40-80分钟；
再与催化剂和助剂以30-100转/分钟的转速第二次混合10-40分钟；
最后与含氢硅油以30-100转/分钟的转速第三次混合10-40分钟，得到硅胶材料；
步骤2、将硅胶材料第一次压制成陶瓷化硅胶泡棉；
步骤3、将两片云母板的一侧涂覆胶粘剂，形成胶粘层，再将陶瓷化硅胶泡棉设置于所述云母板之间，在160℃下，以100吨的压力，第二次压制5-10分钟，得到所述防火保温材料。
10.一种权利要求1-6任一项所述的防火保温材料在新能源汽车电芯中的应用。
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