CN114340887A - 热屏蔽装置、材料及其方法 - Google Patents

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S·米兹拉西
E·米兹拉西
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Abstract

本文的教导内容涉及用于减少和/或延迟热源附近区域的加热的热屏蔽装置。所述热屏蔽装置优选由复合材料来形成。所述复合材料优选具有芯层，所述芯层为大致热绝缘的。

Description

热屏蔽装置、材料及其方法
技术领域
本文的教导内容涉及用于减少热能的流动的热屏蔽装置。所述热屏蔽装置由复合材料形成，并且包括由芯层所分离的两个金属层。热能流动的减少可以包括热导率的减小、在极端热事件之后金属层之间的分离度增加、能量经由吸热反应的吸收，或其任何组合。
背景技术
热屏蔽件通常由金属片材制成，该金属片材的唯一目的是对于从热屏蔽件的一侧至热屏蔽件的另一侧的火焰蔓延提供了直接屏障。然而，在一些应用中，还存在对于也减少从热屏蔽件的一侧至该屏蔽件的另一侧的热量流动的需求。由于热屏蔽件通常由具有高热导率的金属制成，热量快速地从一侧流动至另一侧。这可能是有问题的，尤其在热屏蔽件和需保护的物体之间的“冷却”侧上存在最小空间的情况下。一个实例为在由电池单元所供能的车辆中，其中在电池单元和乘客舱室之间存在有限间距。
随着车辆电池的容量和/或尺寸增加，热屏蔽件的重量通常增加。该重量可影响车辆性能，尤其是涉及能量效率。
对于具有以下特征的一者或任何组合的热屏蔽装置存在需求：通过装置的减少的热量流动、装置的减小的热导率、减小的重量、大于热膨胀系数的厚度膨胀的能力、由于吸热反应而吸收热能的能力、阻碍火焰的能力，或减小声音传播的能力。
发明内容
上述需求中的一者或多者以根据本文教导内容的热屏蔽装置、方法、系统和电池盖来解决。
本文教导内容的一个方面涉及一种热屏蔽装置(即，热量屏蔽装置)，所述热屏蔽装置包括：第一金属层；第二金属层；和聚合物芯层，所述聚合物芯层插置于第一金属层和第二金属层之间；其中热屏蔽装置具有约0.05至约4W/mK的热导率，并且聚合物芯层在约100℃或更高的温度下生成或释放了足够量的气体，使得第一和第二金属层之间的分离度在一个或多个区域中增加并且热屏蔽装置的厚度增加了约15％或更多。
本文教导内容的另一个方面涉及一种热屏蔽装置，所述热屏蔽装置包括：第一金属层；第二金属层；和聚合物芯层，所述聚合物芯层插置于第一金属层和第二金属成之间；其中热屏蔽装置具有约0.05至约4W/mK的热导率，并且在加热(优选地，加热至约100℃或更高的温度)时，聚合物芯层引起第一和第二金属层之间的分离距离在一个或多个区域中增加并且热屏蔽装置的厚度在所述一个或多个区域中增加了约15％或更多。
本文教导内容的另一个方面涉及一种用于电动车辆的电池盖，所述电池盖包括热屏蔽装置。
本文教导内容的另一个方面涉及一种系统，所述系统包括用于电动车辆的电池和用于屏蔽舱室或部件的热屏蔽装置。
这些方面进一步的特征在于下述特征的一者或任何组合：聚合物芯层在约100℃或更高的温度下生成或释放足够量的气体，以引起金属层的分离和热屏蔽装置在一个或多个区域的厚度的增加；聚合物芯层包括具有一个或多个水合水的化合物；聚合物芯层包括阻燃剂；聚合物芯层在约25℃的温度下具有约0.90至约2.00g/cm3的密度；聚合物芯层由材料形成，该材料不包括聚合物芯层中的任何空隙和/或孔隙，该材料在约25℃的温度下具有约0.90至约2.00g/cm3的密度；聚合物芯层包括聚合物，并且热屏蔽装置包括催化剂，该催化剂加速聚合物的降解(优选地使得金属层之间的压力增加)；热屏蔽装置具有约0.70mm至约5.0mm的厚度，并且其中聚合物芯层的厚度与热屏蔽装置的厚度的比率为约0.25至约0.80；聚合物芯层在约100℃或更高的温度下熔化和膨胀；聚合物芯层的熔化和膨胀增加了第一和第二金属层之间的分离距离；聚合物芯层包括气体生成或释放化合物(例如，化学发泡剂、水合物、干燥剂材料、阻燃剂或其它化合物)，该气体生成或释放化合物在约Tm+30℃或更高的温度下激活，其中Tm为聚合物芯层的峰值熔化温度，正如根据差示扫描量热法所测量的；聚合物芯层包括阻燃剂化合物，该阻燃剂化合物包括在Tm+30℃或更高的温度下产生或释放水的化合物，其中Tm为聚合物芯层的峰值熔化温度，正如根据差示扫描量热法所测量的；阻燃剂化合物包括卤代化合物(优选包括溴)；阻燃剂化合物包括磷或石墨烯；聚合物芯层包括增强填料(优选矿物填料)；聚合物芯层具有约0.40mm或更大(例如，约0.60mm或更大、约0.80mm或更大，或1.00mm或更大)的厚度；热屏蔽装置具有约0.05m2或更大和/或约20.0m2或更小的面积；任何金属颗粒(例如，金属纤维或其它金属颗粒)在聚合物芯层中的量为足够低的，使得聚合物芯层的热导率为约2.0W/mK或更低(优选地，约1.00W/mK或更低，并且更优选地约0.80W/mK)；基于聚合物芯层的体积计，金属颗粒的量为约10.0体积百分比或更低、约6.00体积百分比或更低、约3.0体积百分比或更低，或约2.0体积百分比或更少；所述装置提供了EMI屏蔽性能；聚合物芯层包括第一聚合物，该第一聚合物具有约100℃至约225℃的熔化温度以用于在第一聚合物的熔化时提供第一和第二金属层之间的分离；聚合物芯层包括多个层，从而包括插置于两个额外层之间的中间层，其中中间层包括第一聚合物，并且两个额外层包括一种或多种第二聚合物，所述第二聚合物交联和/或具有大于第一聚合物的熔化温度的熔化温度；聚合物芯层的熔化初始地发生于聚合物芯层的中心；第一和第二金属层的任何附接(例如，将金属层附接在一起或将一个或两个金属层附接至部件的附接)允许金属层之间的分离距离在聚合物芯层的熔化时在至少一个或多个区域中增加；所述装置包括用于覆盖聚合物芯层的边缘的密封部件，优选地其中该密封部件附接至金属层的仅一者(例如，仅第一金属层，或仅第二金属层)；密封部件通过弯曲第一金属层或第二金属层来形成；密封部件通过弯曲第二金属层的边缘上方的第一金属层来形成；密封部件焊接至第二金属层；密封部件的至少一部分插置于第一金属层和第二金属层之间；聚合物芯层延伸至密封部件；空隙空间存在于聚合物芯层的边缘和密封部件之间；第一金属层包括具有长度和宽度的金属片材，并且第二金属层包括具有相同长度和宽度的金属片材；第一金属层包括具有长度和宽度的第一金属片材，并且第二金属层包括具有不同于第一金属片材的长度和/或宽度的第二金属片材；所述装置具有良好的消音性能，正如通过在约50℃的温度下和约100Hz的频率下的约0.010或更大的复合损耗因数所表征的；电池盖用于插电式电动车辆；热屏蔽装置在加热之前的初始状态下包括机械或物理特征(例如，存储有势能，该势能在一个或多个区域中的聚合物的熔化和/或软化时释放)；势能或物理特征包括一个或多个弹簧，所述一个或多个弹簧处于压缩状态并且布置用于在热屏蔽装置的厚度方向上扩展；势能包括处于压缩状态的金属层的一者或多者，其中所述金属层在聚合物的熔化和/或软化时移动朝向未压缩状态，从而引起所述金属层分离；势能包括芯层中的定向聚合物和/或压缩橡胶；金属层的一者或两者包括皱纹、折痕、褶皱或其它特征，这些特征允许金属层膨胀，优选地未屈服；装置的一个或多个边缘由折叠覆盖部件来覆盖，所述折叠覆盖部件覆盖了这些边缘并且当金属层分离时展开；覆盖部件密封了热屏蔽装置的金属边缘；折叠覆盖部件由金属层的一者来形成并且连接至金属层；电池盖位于车辆电池和乘客舱室之间，所述车辆电池向电动电机提供了电力，所述电力驱动了该车辆；系统包括电动电机以用于驱动车辆的一个或多个轮；一个或多个电池单元用于将电力提供至电动电机；电池盖布置于电池单元的一者或多者上方，所述电池盖通常为水平的；电池盖附接至容器，所述容器保持一个或多个电池单元；电池盖附接至车辆本体并且布置于乘客舱室下方；或系统包括电池盖上方或下方的间隙以用于允许第一和第二金属层的分离度增加。
附图说明
图1根据本文教导内容为穿过复合材料的厚度的所述复合材料的侧剖视图，所述复合材料可用于热屏蔽装置中；
图2为热屏蔽装置的顶视图，示出了一个或多个屏蔽区域和一个或多个延伸区域。延伸区域可由与屏蔽区域的材料相同的材料来形成，或可由不同材料来形成；
图3为热屏蔽装置的顶视图，示出了位于装置的边缘区域处或其附近的一个或多个附接位置；
图4为热屏蔽装置的侧剖视图，示出了屏蔽区域的复合材料层和相对于屏蔽区域成角度的一个或多个弯曲部分、突出部或延伸部。弯曲部分、突出部或延伸部可由复合材料或不同材料来制成；
图5为例示性侧剖视图，示出了在极端热事件期间膨胀的热屏蔽装置。如图5所示，复合材料的边缘可密封。例如，两个金属层可在其共同边缘处进行焊接、联结或以其它方式密封；
图6为边缘区域的例示性剖视图；
图7A为热屏蔽装置的例示性边缘区域的剖视图，示出了装置的附接；
图7B示出了在芯层已膨胀之后(例如，在极端热事件期间或之后)的图7A的特征；
图8为具有断裂点的例示性边缘区域的剖视图；
图9为剖视图，示出了热屏蔽装置由于极端热事件的局部膨胀；
图10为剖视图，示出了热屏蔽装置的复合材料，该热屏蔽装置具有用于存储势能的部件，诸如一个或多个压缩弹簧；
图11为剖视图，示出了热屏蔽装置的复合材料，该热屏蔽装置具有金属层，该金属层能够在一个或多个区域中膨胀而未屈服；
图12示出了图11的热屏蔽装置对于热量的暴露和聚合物在芯层的区域中的熔化或软化；
图13示出了图12的热屏蔽装置的局部膨胀。优选地，两个金属层之间的分离距离增加，而金属层未屈服；
图14A为剖视图，示出了热屏蔽装置的复合材料利用一个或两个金属层的形成，该金属层弯曲；
图14B示出了在形成之后的复合材料，其中该复合材料包括处于压缩状态的金属层的势能；
图15A示出了边缘覆盖部件，该边缘覆盖部件具有一个或多个特征以用于使该部件膨胀，而该覆盖部件的材料未屈服；
图15B示出了在芯层已膨胀之后的图15A的边缘覆盖部件。优选地，覆盖部件在芯层的膨胀之前和/或之后密封了该边缘。
具体实施方式
热屏蔽装置优选地构造成使得通过热屏蔽装置的热量流动得以减少或最小化。根据本文教导内容的热屏蔽装置包括复合材料，该复合材料具有通过聚合物芯层所分离的第一金属层和第二金属层。复合材料的材料可选择成使得复合材料在厚度方向(即，穿过两个金属层和聚合物芯层)上的热导率相对于第一金属层、第二金属层或两者的热导率而减小。
热屏蔽装置优选地设计成使得当装置暴露于高温时(诸如在如本文所讨论的极端热事件期间)，金属层之间的间距可增加。金属层的分离可作用于进一步减少通过热屏蔽装置的热量流动。
热屏蔽装置可包括在加热时导致吸热反应的一个或多个特征，使得通过热屏蔽装置的热传递得以减少。
热屏蔽装置可包括一个或多个特征，所述一个或多个特征防止或延迟了聚合物芯层燃烧并且因而有助于延迟通过装置所传递热量的量。
尽管本文讨论了用以减少热传递的各种方式，但是应当理解，多种方式可组合以实现进一步改善。
热屏蔽装置的材料也可选择成实现减小密度，尤其当装置用于机动车辆中时，并且尤其当机动车辆通过电动电机来供能时(诸如在插电式电动车辆中)。
极端热事件
极端热事件是指引起直接邻近热屏蔽装置和/或热屏蔽装置的一个表面上的温度增加至临界温度的事件，该临界温度高于正常操作温度。临界温度可为约80℃或更高、约120℃或更高、约160℃或更高、约190℃或更高，或约210℃或更高。临界温度可为约600℃或更低、约500℃或更低、约400℃或更低，或约300℃或更低。
由于引起温度达到或上升高于临界温度的任何事件或情形，可发生极端热事件。此类事件的实例包括火灾、电池或电池单元故障、机械故障(导致摩擦能的生成)、冷却装置的故障，等等。极端热事件可为其中一个或多个部件已失效的灾难性事件。
在极端热事件期间，可存在减少在一个或多个方向上的热量流动的需求。可需要减少热量流动以防止进一步损害和/或以提供应对该事件的额外时间。
除非另有说明，热屏蔽装置的尺寸和性质是指在极端热事件之前的环境条件(即，约25℃)下的尺寸，该极端热事件可改变装置的一个或多个尺寸。
图1为热屏蔽装置的一部分的侧剖视图，示出了复合材料10的特征。复合材料10包括第一金属层12、第二金属层14。复合材料包括芯层16，芯层16插置于第一和第二金属层之间。芯层优选地为包括一种或多种聚合物的聚合物芯层。金属层可具有相同厚度，或可具有不同厚度。金属层可由相同金属来形成，或可由不同金属来形成。金属层可在一个或多个表面上具有涂层，该涂层用于保护该表面和/或用于改善金属层至芯层的粘合力。金属层可在一个或多个表面(优选地面向热源或电池单元的外部表面)上具有涂层，该涂层减少了热量流动和/或热量生成。例如，涂层包括阻燃剂(优选地，包括阻燃剂的聚合物)、纳米涂层(优选地为热传导的但电绝缘的)，或两者。特别优选的涂层为包括阻燃剂的涂层。芯层优选地附接至第一金属层、第二金属层，或两者。附接优选包括芯层和金属层之间的直接或间接粘合或结合。芯层可包括聚合物或添加剂，该聚合物或添加剂改善了对于一个或两个金属层的粘合力。一个或两个金属层可覆盖有粘合剂层和/或底漆层，以用于提供对于芯层的粘合力。
复合材料的初始厚度(例如，在约25℃下，和在极端热事件之前)优选为0.70mm或更大，更优选约0.90mm或更大，和最优选约1.20mm或更大。复合材料的初始厚度优选为约6mm或更小，更优选约5.00mm或更小，甚至更优选约3.50mm或更小，和最优选约3.00mm或更小。聚合物芯层的初始厚度对于复合材料的初始厚度的比率优选为约0.20或更大、0.25或更大、或约0.30或更大，和/或约0.85或更小、约0.80或更小、0.75或更小，或约0.70或更小。聚合物芯层优选具有约0.40mm或更大、约0.60mm或更大、约0.80mm或更大、约1.00mm或更大、或约1.4mm或更大的初始厚度。聚合物芯层优选具有约5.4mm或更小、约4.80mm或更小、约4.00mm或更小、约3.00mm或更小、或约1.90mm或更小的初始厚度。
热屏蔽装置优选地具有足够面积(例如，在垂直于或正交于厚度方向的方向上)，使得其减少了对于一个或多个装置或一个或多个部件或多个舱室的热暴露。热屏蔽装置优选地具有约0.05m2或更大、约0.15m2或更大、约0.45m2或更大，或约1.85m2或更大的面积。在一些应用中，热屏蔽装置的面积为约20.0m2或更小、约18.0m2或更小、约16.0m2或更小、约13.0m2或更小，或约10m2或更小。应当理解，在一些应用中，热屏蔽装置的面积可大于20.0m2。热屏蔽装置可由两个或更多个较小部段或部件来替换。根据本文教导内容，每个部段或部件可包括复合材料。
热导率
热屏蔽装置的热导率在厚度方向上进行测量，所述厚度方向穿过金属层和聚合物芯层。聚合物芯层和/或热屏蔽装置的热导率优选为约4.0W/mK或更低、约2.00W/mK或更低、约1.0W/mK或更低，或约0.80W/mK或更低。优选地，聚合物芯层和/或热屏蔽装置的热导率为约0.05W/mK或更高。热导率优选在约25℃的温度下测量。除非另有规定，热屏蔽装置和/或聚合物芯层的热导率可根据ASTM D 5930 17进行测量。
重量/密度的减小
芯层和/或金属层可选择成减小热屏蔽装置的重量。
芯层的密度可为约2.30g/cm3或更小、约2.00g/cm3或更小、约1.80g/cm3或更小、约1.60g/cm3或更小、约1.40g/cm3或更小，或约1.30g/cm3或更小。芯层的密度可为约0.950g/cm3或更大或约1.10g/cm3或更大。
金属层的一者或两者可由钢来形成，或可选择成具有小于钢的密度。每个金属层可独立地选择成具有以下密度：约8.0g/cm3或更小、约7.7g/cm3或更小、约6.8g/cm3或更小、约5.6g/cm3或更小、约5.0g/cm3或更小、约4.6g/cm3或更小、约4.1g/cm3或更小，或约3.3g/cm3或更小。金属层的密度通常为约2.5g/cm3或更大。具有小于钢的密度的特别优选金属包括铝、铝合金(包括至少60原子百分比的铝原子(基于金属原子的总数计))、钛和钛合金。
应当理解，重量和/或密度的减小可部分地或甚至完全地归因于聚合物芯层。例如，芯层的厚度和/或芯层的密度可足以导致热屏蔽装置的一些或全部的重量改善。
热屏蔽装置的复合材料的密度与金属层的平均密度的比率优选为约95％或更小、约90％或更小、约85％或更小、约80％或更小，或约75％或更小。热屏蔽装置的复合材料的密度与金属层的平均密度的比率可为约20％或更大、约30％或更大、约40％或更大，或约50％或更大。金属层的平均密度可计算为D平均＝(t1D1+t2D2)/(t1+t2)，其中t1和t2为第一和第二金属层的厚度，并且D1和D2为第一和第二金属层的密度。
聚合物芯层
聚合物芯层包括一种或多种聚合物。聚合物芯层中的聚合物的量应当为足够的，使得该聚合物形成了连续相，和/或使得芯层的材料可挤出为填充聚合物。优选地，聚合物芯层中聚合物的量为约10重量百分比或更多、约12％重量百分比或更多、约14重量百分比或更多、约16重量百分比或更多、约18重量百分比或更多，或约20重量百分比或更多。尽管芯层可完全由一种或多种聚合物组成，但芯层优选包括一种或多种非聚合物组分，该非聚合物组分有助于减少热量流动，尤其在极端热事件期间。因此，芯层中聚合物的量优选为约95重量百分比或更低、约90重量百分比或更低、约80重量百分比或更低、约70重量百分比或更低、约60重量百分比或更低、约50重量百分比或更低，或约40重量百分比或更低。
聚合物
当聚合物低于其熔化温度或玻璃化转变温度时，当气体在聚合物芯层中释放或生成时，其可难以膨胀。因此，聚合物可被选择成使得当气体在聚合物芯层中释放或生成时(例如，在极端热事件期间)，其熔化。
熔化温度
如本文所用，术语“熔化温度”是指半结晶聚合物的峰值熔化温度，并且还指对于无定形热塑性聚合物的玻璃化转变温度。一般来说，熔化温度给出了聚合物分子开始流动的温度指示。相对于发泡或气体生成，晶体的这种熔化或自由体积的增加(与高于玻璃化转变温度的加热有关)导致聚合物可更容易地膨胀并且容纳气体穴。
如果聚合物的熔化温度为太低的，那么热屏蔽装置可在正常使用期间由于聚合物的熔化或软化而失效。聚合物的熔化温度优选为约90℃或更高，更优选约100℃或更高，甚至更优选约110℃或更高，和最优选约120℃或更高。聚合物的熔化温度应为足够低的，使得当气体在聚合物芯层中生成或释放时(例如，由于极端热事件)，聚合物高于该熔化温度。聚合物的温度优选为约300℃或更低，更优选约240℃或更低，甚至更优选约200℃或更低，甚至更优选约170℃或更低，和最优选约145℃或更低。玻璃化转变温度和峰值熔化温度可利用差示扫描量热法以10℃/分钟的加热速率进行测量。
聚合物可在接近或低于(优选低于)发泡剂的激活温度的温度下熔化或软化。当发泡剂由于热能而激活时(例如，在极端热事件期间)，聚合物发泡。聚合物泡沫的特征可在于开孔、闭孔或两者。来自所激活发泡剂和/或泡沫的压力可引起金属层分离。
在任何极端热事件之前，聚合物芯层可为大体致密材料。例如，聚合物芯层中(和/或金属层之间)的任何空隙和/或孔隙的量可为约15体积百分比或更少、约10.0体积百分比或更少、约5.0体积百分比或更少、约3.0体积百分比或更少，或约1.5体积百分比或更少，基于聚合物芯层(和/或金属层之间的空间)的总体积计。致密材料可具有约0体积百分比或更多的空隙和/或孔隙。
在任何极端热事件之前，聚合物芯层可包括分散穿过所述层的空隙和/或孔隙。优选地，空隙和/或孔隙为聚合物孔的形式。因此，聚合物芯层可发泡和/或可包括发泡聚合物。空隙和/或孔隙的量可为足够的，使得热屏蔽装置的热导率减小。优选地，聚合物芯层中空隙和/或孔隙的量为约3体积百分比或更多，更优选约10体积百分比或更多，甚至更优选约20体积百分比或更多，和最优选约40体积百分比或更多。聚合物芯层中空隙和/或孔隙的量可为约80体积百分比或更少、约70体积百分比或更少、约60体积百分比或更少，或约50体积百分比或更少。
任何类型的聚合物可用于聚合物芯层中。聚合物可为聚烯烃，不含聚烯烃，或共聚物，该共聚物包括烯烃和非烯烃单体两者。聚合物可为均聚物或共聚物。共聚物的实例包括无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物和交替共聚物。优选的含聚烯烃聚合物包括以下项或基本上由以下项组成：乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯，或其任何组合。非聚烯烃聚合物包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、聚碳酸酯、聚丙烯腈、其共聚物、其衍生物，及其组合。聚合物可包括聚苯乙烯或由聚苯乙烯组成。聚合物可包括聚乙烯均聚物或共聚物。优选的聚乙烯共聚物具有以下乙烯浓度：约60重量百分比或更多、约70重量百分比或更多、约80重量百分比或更多、约87重量百分比或更多，或约93重量百分比或更多。聚合物可包括聚丙烯均聚物或共聚物。优选的聚丙烯共聚物具有以下丙烯浓度：约60重量百分比或更多、约70重量百分比或更多、约80重量百分比或更多、约87重量百分比或更多，或约93重量百分比或更多。一些或所有的聚合物可与官能团进行接枝，以用于改善对于金属层的粘合力。优选地，一些或所有的聚合物不含此类接枝。例如，不含接枝的聚合物的量可为约70重量百分比或更多、约80重量百分比或更多、约90重量百分比或更多、约96重量百分比或更多，或约99重量百分比或更多。聚合物可为25℃下的半结晶聚合物。优选的半结晶聚合物具有以下结晶度：约6％或更大，更优选约10％或更大，甚至更优选约20％或更大，甚至更优选约30％或更大，和最优选约38％或更大。结晶度可为约80％或更小、约70％或更小，或约60％或更小。结晶度可利用差示扫描量热法以10℃/分钟的加热速率进行测量，其中熔解热进行测量并与该聚合物已知的理论熔解热进行比较。结晶度＝100％x Hf/H理论。
聚合物芯层可包括多种聚合物。多种聚合物可处于单个层中，或可处于单独层中。多层的聚合物可具有不同熔化温度，并且可用于定位其中将初始地发生熔化和/或膨胀的位置。例如，可期望的是，初始熔化发生于聚合物芯层的中心附近。在此，聚合物芯层可包括多个层，所述多个层包括插置于两个额外层之间的中间层，其中所述中间层包括第一聚合物，并且所述两个额外层包括一种或多种第二聚合物，所述第二聚合物交联和/或具有大于第一聚合物的熔化温度的熔化温度。
膨胀
如本文所讨论的，热屏蔽装置的一个特征可为装置的两个金属层之间的分离距离的增加。分离距离可通过机械特征来增加；当芯层中的聚合物熔化时，所述机械特征激活。金属层的分离度增加可通过芯层的膨胀和/或两个金属层之间的气体层的形成来引起。气体层的形成可通过聚合物芯层中的一种或多种气体生成材料和/或一种或多种气体释放材料来引起。气体可为水或任何其它化合物，该化合物具有小于约120℃的沸点。尽管气体化合物在室温下可处于液相，但是其在升高温度(诸如极端温度事件的温度)下应处于气相。
一些或所有的气体可来自：i)一种或多种化合物，该化合物具有一个或多个水合水；ii)聚合物的分解，优选通过催化剂来加速；iii)阻燃剂的反应或干燥剂材料，该干燥剂材料具有水和其它低沸点化合物；或iv)聚合物芯层的开孔或闭孔中的气体(对于其中聚合物芯层在层的形成期间发泡的情况)。
聚合物芯层的熔化和膨胀增加了第一和第二金属层之间的分离距离。聚合物芯层中气体的生成和/或释放优选发生于激活温度Ta下。激活温度优选大于聚合物的熔化温度至少30℃(即，Ta≥Tm+30℃)，使得存在足够大加工窗口以用于形成聚合物芯层，而无需激活气体的生成或释放。更优选地，Ta≥Tm+40℃，甚至更优选地，Ta≥Tm+60℃，和最优选地，Ta≥Tm+70℃。
优选地，当聚合物芯层在极端热事件期间加热时，一些、基本上所有或完全所有的气体得以释放或生成。例如，基于聚合物芯层中的气体在极端热事件期间或之后的总量计，聚合物芯层中在极端热事件期间所生成的气体的量可为约10％或更多、约25％或更多、约40％或更多、约50％或更多、约60％或更多、约70％或更多、约80％或更多、约90％或更多，或约100％。
一个或多个气体分子可通过聚合物芯层中聚合物的分解来形成。因此，可期望的是，聚合物芯层包括催化剂，所述催化剂加速了聚合物的分解。催化剂可降低聚合物的降解开始的温度。降解的开始可利用热重分析进行观察，并且可为聚合物芯层的质量相对于基准温度(所述基准温度可为约25℃、约50℃、约80℃，或约120℃)下的质量降低了约2％的温度(加热速率为约10℃/分钟)。除非另有规定，基准温度为120℃。降解的开始可在空气气氛或惰性气氛中进行测量。优选惰性气氛为氮气。除非另有规定，降解的开始利用氮气(即，N2)的惰性气氛进行测量。当采用时，催化剂优选以一定量来使用，所述量足以将降解的开始温度降低了约20℃或更多，更优选约℃或更多，甚至更优选约75℃或更多，和最优选100℃或更多。可采用任何催化剂，该催化剂加速了聚合物的降解和气体分子作为产物的形成。应当理解，催化剂的选择可取决于聚合物芯层中的聚合物。可采用此类催化剂，例如，聚合物循环利用领域中所已知。可用于降解反应的催化剂的实例为沸石催化剂。催化分解反应优选包括一个或多个热解反应。
可期望的是，聚合物芯层的膨胀为足够低的，使得通过热屏蔽装置的热量流动主要地经由热导率。例如，聚合物芯层中经由对流的热量流动一般可防止。优选地，聚合物芯层的膨胀率为约1000％或更小，更优选地约750％或更小，和最优选地约500％或更小，使得经由热对流的任何热量流动得以最小化。
应当理解，不同材料对于每克的气体释放/气体生成材料可生成不同量的气体。因此，所需的气体释放和/或气体生成材料的量可基于以下项进行规定：i)所需气体的量(例如，以摩尔为单位)，和/或ii)所需金属层的分离量，和/或iii)所需聚合物芯层的体积膨胀量。
每m2的复合材料(即，在暴露于升高温度/极端热事件的金属层的面向表面上所测量的面积)所生成或释放气体的量可为约0.01摩尔/m2或更多、约0.02摩尔/m2或更多、约0.05摩尔/m2或更多、约0.10摩尔/m2或更多，或约0.15摩尔/m2或更多。所生成或释放气体的量可为约1.00摩尔/m2或更少、约0.90摩尔/m2或更少、约0.80摩尔/m2或更少、约0.70摩尔/m2或更少、约0.60摩尔/m2或更少，或约0.50摩尔/m2或更少。两个金属层由于气体的分离度增加优选地为约1mm或更大、约2mm或更大、约5mm或更大、约10mm或更大、约15mm或更大、约20mm或更大、约25mm或更大，或约30mm或更大。
热屏蔽装置的膨胀可为金属层的凸起形式，从而彼此进一步拉开距离。凸起可具有任何形状。例如，凸起可具有弯曲形状(例如，在一个或两个金属层上)、山丘形状(例如，在一个或两个金属层上)、椭圆形状(例如，在一个或多个金属层上)、大致平坦形状(例如，在金属层的一者上)，或其任何组合。凸起可对于热屏蔽装置的一个或多个区域进行局部化，或凸起可穿过热屏蔽装置的基本面积或全部面积。随着极端热事件发生，一个或多个区域可初始地加热，并且这些区域可首先膨胀。随着时间推移和热屏蔽装置进一步加热，这些区域的尺寸可膨胀和/或额外区域可膨胀。当热屏蔽装置的整个聚合物芯层激活并且释放或生成气体时，最大间隙可处于热屏蔽装置的中心处或其附近，除非热屏蔽装置焊接、栓接或以其它方式约束于该区域中。受约束的位置(诸如彼此附接或附接至其它部件的金属层的边缘区域)可在其分离度方面具有最小变化或不具有变化。隆起的形状可相对于两个金属层为对称的或非对称的。根据热屏蔽装置的结构，可能的是控制膨胀的位置。例如，一个金属层可为较薄的，和/或可由较软金属形成，和/或可具有诸如褶皱、皱纹或折痕的特征，这些特征允许该金属层的优选膨胀(优选地未屈服)。作为另一个实例，两个金属层可具有类似厚度，可由相同金属形成，并且可具有类似特征，使得膨胀为对称的。在一个方向上的膨胀可受限于另一部件的存在，诸如外壳、框架或面板。
如本文所讨论的，聚合物芯层可在加热高于阈值温度时膨胀。此类膨胀优选地大于由于材料的增加比容的膨胀(因为其作为液体或固体进行加热)，并且大于由于固相至液相转变的膨胀。例如，膨胀可源于化学反应，和/或从固相或液相至气相的相转变。优选的化学反应包括从固相或液相反应物产生气相产物的反应。芯层的膨胀可对于复合材料的一个或多个区域进行局部化，或可在复合材料的整体上进行。例如，膨胀可导致复合材料中的一个或多个凸起。具有初始平行的金属层的复合材料可具有在凸起区域中不再平行的金属层。芯层的膨胀百分比可定义如下：Ec＝100％×Δt/ti，其中Δt为芯层在膨胀之后的厚度变化(例如，在其最厚位置和/或已膨胀最多的位置)，并且ti为芯层的初始厚度。如果芯层的膨胀太低了，那么复合材料可能无法提供在减缓热能通过该复合材料的流动方面的足够改善。芯层的膨胀百分比Ec可为约5百分比或更大、约10百分比或更大、约20百分比或更大、约40百分比或更大、约60百分比或更大、约80百分比或更大，或约100百分比或更大。如果芯层的膨胀百分比为太高的，那么对流热量流动可成为问题。芯层的膨胀百分比可为约1000百分比或更小、约900百分比或更小、约800百分比或更小、约700百分比或更小、约600百分比或更小，或约500百分比或更小。
发泡剂
可采用的发泡剂的实例包括化学发泡剂和水合物。化学发泡剂可为在极端热事件期间反应以在升高温度下产生气体的任何化合物。化学发泡剂的实例包括偶氮二甲酰胺和碳酸氢钠。气体也可通过单体的反应来形成，诸如在缩合反应期间，由此水、二氧化碳或其它低沸点分子得以形成。
水合物包括一个或多个水合水。水通常结合至金属或含金属碱性化合物。化合物可具有水合水、配位水，或两者。碱性化合物的实例包括金属盐、金属卤化物、金属碳酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属卤化物、碱金属碳酸盐、碱土金属硫酸盐、碱土金属卤化物、碱土金属碳酸盐，或其任何组合。优选的碱金属包括K和Na。优选的碱土金属包括Ca和Mg。优选的卤化物包括溴化物和氯化物。对于金属盐、金属卤化物、金属碳酸盐，优选的金属包括Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Cd、V、Al、Mg或其任何组合。每分子(或每金属原子)的水合水的数量可为一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个，或六个或更多个。一些或所有的水合水可在极端热事件期间进行释放。所释放水合水的数量可为一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个，或五个或更多个。具有两个或更多个水合水的化合物可在不同温度下释放或生成水。
通过实施例的方式，氯化钙为吸湿性盐，该吸湿性盐可为无水的，或可具有1个、2个、4个或6个水合水。六水合物形式将在约30℃下转化为四水合物形式，从而放出两个水合水。四水合物将在约46℃的温度下转化为二水合物，从而放出两个水合水。二水合物将在约175℃的温度下转化为一水合物，从而放出一个水合水。一水合物将在约260℃的温度下转化为无水化合物，从而放出最后的水合水。六水合物和四水合物化合物将在聚合物的加工温度下通常放出水。当生产发泡的聚合物芯层时，这可能是有利的。根据聚合物的选择，其它水合物可在聚合物的加工期间放出。但是，可能以二水合物来制备聚合物芯层(例如，以二水合物开始，或以四水合物或六水合物开始，并且一些水合水移除)，前提条件是所述层在小于175℃的温度下形成。类似地，聚合物芯层可以一水合物形式来形成，前提条件是所述层在小于260℃的温度下形成。如果聚合物芯层包括二水合物，那么当材料达到约175℃的温度时，一个水合水将释放，并且当温度增加至约260℃时，最后的水合水将释放。
聚合物芯层可包括具有水的干燥剂材料。如果采用，那么干燥剂优选提供有或填充有预定量的水。尽管一些水可在聚合物芯层的形成期间释放(诸如本文相对于具有水合水的化合物所讨论)，但是优选的是，一些或所有的水在聚合物芯层形成之后保持于干燥剂中。随着聚合物加热，聚合物芯层的干燥剂中的水可在极端热事件之后释放。干燥剂的实例包括分子筛、硅胶、无水硫酸钙(anhydrocel)(CaSO4)、无水高氯酸镁(Mg(ClO4)2)、烧碱石棉、高氯酸钡(Ba(ClO4)2)、氧化铝(Al2O3)、Mikohbite(68％的NaOH，32％的蓬松云母)、高氯酸镁、氧化钡、五氧化二磷、高氯酸锂、氯化钙、氢氧化钠、高氯酸钡、氧化钙、氧化镁和氢氧化钾。分子筛的实例包括沸石。
在一些情况下，水通过水合物或干燥剂的释放将为吸热反应。因此，极端热事件的一些热能将在生成水时消耗。这对于减缓通过热屏蔽装置的热量流动可为有用的。
聚合物芯层可形成为发泡芯层。在此，根据理想气体定律，芯层的厚度随着温度(°K)而增加，诸如体积的线性增加。由于热屏蔽装置的面积可大致固定，膨胀可处于厚度方向上，从而导致厚度随着温度(°K)大致线性地增加。
聚合物芯层可包括一种或多种阻燃剂。阻燃剂可为含卤素阻燃剂，或可为不含卤素阻燃剂。任何阻燃剂抑制了芯层中聚合物的燃烧。优选阻燃剂生成了气体(例如，在高于极端热事件期间的临界温度的温度下)，和/或具有消耗热能的吸热反应。阻燃剂的实例包括矿物阻燃剂、有机卤素化合物、有机磷化合物、无机磷酸盐化合物、有机磷酸盐化合物和石墨烯。可用作阻燃剂的矿物的实例包括氢氧化铝、氢氧化镁、碳钙镁石、水菱镁石、红磷、硼化合物，或其任何组合。硼化合物可为硼酸盐。有机卤素化合物的实例包括有机氯和/或有机溴。优选地，有机卤素与增效剂一起使用，诸如含锑化合物。优选增效剂包括氧化锑、五氧化二锑和锑酸钠。有机磷化合物的实例包括有机磷酸盐、膦酸盐和次膦酸盐。有机磷化合物可包括卤素，优选地氯或溴。其它有机磷化合物为不含卤素的。可期望的是，阻燃剂为不含卤素的，使得对于卤代分解产物的暴露得以减少或消除。
阻燃剂优选地防止聚合物在一端时间内燃烧。例如，当一个金属层暴露于直接火焰时，聚合物的燃烧延迟可允许另一金属层保持于600°F或更低的温度下5分钟或更长，优选7分钟或更长，和最优选10分钟或更长。
聚合物芯层可包括增强填料。优选的增强填料为矿物填料。聚合物层可包括金属纤维或金属颗粒。聚合物芯层中的金属纤维或金属颗粒可增加该芯层的热导率。优选地，聚合物芯层中的金属纤维和金属颗粒的量为足够低的，使得该层的热导率为约2.00W/mK或更低，优选约1.00W/mK或更低，和更优选约0.80W/mK或更低。优选地，聚合物芯层中金属的量为约10.0体积百分比或更低，更优选约6.0体积百分比或更低，甚至更优选约3.0体积百分比或更低，和最优选约2.0体积百分比或更低。聚合物芯层可完全不含或基本上不含(例如，1.0体积百分比或更低，或0.5体积百分比或更低)金属。
复合材料可以不包括焊接、螺栓或其它连接器，这些连接器限制了芯部材料在最需要热屏蔽的区域中膨胀的能力。螺栓、焊接、连接器优选位于远离屏蔽区域的区域中。例如，通过两个金属层的连接可发生于复合材料的周边区域或边缘区域处。可以发生于延伸区域处，其中复合材料延伸至远离热源的区域中。屏蔽区域中的螺栓、焊接、连接器可附接至金属层的仅一者，使得金属层之间的距离未受限于连接器。因此，可能是芯层膨胀，即使金属层的一者连接至另一部件。
一个或可熔化连接器可用于连接第一金属层和第二金属层。可熔化连接器在极端热事件期间可熔化，使得第一和第二金属层可彼此分离。可熔化连接器可包括聚合物或由其形成，该聚合物在本文对于芯层所描述的任一温度下熔化。可熔化连接器可包括本文对于芯层所描述的聚合物或由其形成。
边缘密封
两个或更多个金属层通常沿着一个或多个边缘可密封在一起。边缘的密封可改善复合材料使气体膨胀并保持的能力，所述气体在极端热事件期间生成或释放。两个金属层可通过将它们直接地或间接地联结在一起进行密封。例如，两个金属层可利用第三金属层来联结在一起。作为另一个实例，金属层的一者可具有延伸区域，所述延伸区域弯曲以到达或覆盖另一金属层，使得两个金属层可直接地附接。作为另一个实例，可存在不包括金属层的边缘附近的聚合物芯层的区域，使得两个金属层在该区域中的表面可接触在一起并且联结。
应当理解，边缘区域可定位成足够地远离从极端热事件所生成的热量，使得聚合物芯层作用为边缘区域中的密封件。因此，可无需将两个金属层密封或联结在一起，以实现芯层的膨胀，特别地其中该膨胀对于一个或多个区域(例如，远离边缘)进行局部化。
图5示出了屏蔽装置的一个实例，该屏蔽装置包括金属外层并且通过包括一种或多种气体生成材料的层来分离。气体生成材料可为在加热时生成或释放气体的材料。气体形成了金属层上的向外压力，从而引起它们分离。在一些情况下，可能必需的是，将金属层的一个或多个或甚至所有边缘密封在一起以减少或防止气体的逸出。金属层的分离在一个或多个区域处可为局部的，或可基本上处于金属层的整个面积上。应当理解，密封在一起的边缘可难以膨胀。然而，如果需要边缘处的膨胀和密封两者，那么边缘的密封可利用一个或多个边缘膨胀部件来实现，该边缘膨胀部件允许密封的高度(即，边缘处的两个金属层之间的距离)增加。例如，密封可包括一个或多个折痕、褶皱、凹槽，或可在低力下膨胀的其它结构。例如，当芯层处于熔化状态(高于其玻璃化转变温度和高于其熔化温度)时，边缘密封的膨胀部件可需要小于金属层的25％屈服应力的力，以用于密封的高度增加。边缘膨胀部件可允许边缘的高度增加了约5％或更多、约15％或更多、约35％或更多、约70％或更多、约100％或更多、约175％或更多，或约25％或更多。
热屏蔽装置的附接可采用任何附接部件或方法，该附接部件或方法用于附接金属和/或复合材料。附接的实例包括焊接、螺栓和铆钉。附接可利用金属层的一者或金属层的两者。
热屏蔽装置可附接至能够生成热能的装置。热屏蔽装置可附接至组件、框架或面板，使得其位于能够生成热能的装置上。
在许多应用中，热屏蔽装置将附接或安装至组件、框架或面板。当热屏蔽装置安装时，该装置在其所附接的区域处可能难以膨胀。可能的是，仅将热屏蔽装置附接于其中膨胀不那么重要的位置。例如，热屏蔽装置可仅附接于边缘区域处或其附近，延伸区域处或其附近，弯曲部分处或其附近，或其任何组合。热屏蔽装置可包括一个或多个延伸区域，诸如图2所示。延伸区域可为其中需要屏蔽的区域。延伸区域可用于附接热屏蔽装置。当延伸区域用于附接热屏蔽装置时，其优选地处于其中不需要屏蔽或其中需要减小热屏蔽的位置。
热屏蔽装置包括一个或多个屏蔽区域100，其中装置有助于减少热能的流动。根据本文教导内容，屏蔽区域优选包括复合材料，或由其组成。热屏蔽装置可包括一个或多个延伸区域102。虽然热屏蔽装置还可用于减少热能在延伸区域中的流动，但是对于这些区域中的热屏蔽的要求通常降低。延伸区域可用于将热屏蔽装置附接至组件、面板、框架或其它部件。延伸区域可包括与屏蔽区域相同的材料(例如，复合材料)，或可由不同材料来形成。如图2所示，延伸区域102可用作附接位置104。附接位置104可位于热屏蔽装置的边缘区域106中，诸如图3所示。优选地，边缘区域距热屏蔽装置的边缘为约150mm或更小、约100mm或更小、约50mm或更小，或约25mm或更小。延伸区域可包括相对于屏蔽区域成角度的弯曲部分或突出部。弯曲部分或突出部108可大致垂直于屏蔽区域100，诸如图4所示。弯曲部分或突出部108可由与屏蔽区域100相同或不同的材料来形成。例如，突出部108可由大致整体材料来形成，诸如图4所示。
还可能的是利用金属层的仅一者来附接热屏蔽装置。在此，附接层处于大致固定位置，并且另一层可能够从该附接层进行移动。
聚合物芯层(例如，在膨胀之前和/或膨胀之后)和/或金属层之间的空间中的气体优选基本上不含氧分子(即，O2)。基于聚合物芯层中的氧分子的总数计，聚合物芯层和/或金属层之间的空间中的氧分子的量优选为约24百分比或更少、更优选约18百分比或更少、甚至更优选约10百分比或更少、甚至更优选约5百分比或更少，和最优选约1百分比或更少。氧分子的量可为约0百分比或更多。
金属层的分离可通过弹簧的作用。例如，装置可包括处于非平衡状态(压缩或伸长状态)的一个或多个弹簧。优选地，弹簧处于压缩状态。通过装置的一个或多个部件，防止弹簧返回至平衡状态。例如，弹簧可嵌入处于固态的聚合物中。处于固态的聚合物可为半结晶聚合物，该半结晶聚合物低于其熔化温度和/或结晶温度。处于固态的聚合物可为玻璃状聚合物，该玻璃状聚合物低于其玻璃化转变温度。在其使用期间，聚合物优选地包固态，直至其暴露于足够高的温度，所述足够高的温度激活了装置的膨胀特征。在此，膨胀特征可通过聚合物的熔化或软化来激活。所述熔化或软化可包括将聚合物加热至其熔化温度(例如，加热到至少约Tm-10℃、约Tm、约Tm+30℃、约Tm+40℃、约Tm+50℃、约Tm+60℃或约Tm+80℃)或其附近的温度。聚合物的加热允许弹簧返回其平衡长度，并且施加力以使金属层分离。
在极端热事件期间，热屏蔽装置可暴露于热量，该热量通常源于位于装置的一侧上的热源116。热量引起芯层中的气体生成和/或芯层中的气体膨胀。包括气体100的芯层将压力114施加至金属层。金属层然后可彼此分离，通常由于芯层110的厚度增加。应当理解，除了或替代芯层膨胀，单独气相可形成于两个金属层之间。两个金属层可密封在一起112以防止气体在边缘处逸出，诸如图5所示。
热屏蔽装置可包括断裂点，诸如穿孔、刻痕、变薄区域或其它导致金属层的一者在预定位置处断裂的特征。由于芯层中所生成的压力，可发生金属层的断裂，诸如在极端热事件期间。应当理解，断裂点可包括一个或多个点，可包括一条或多条大致平直线，或可包括一条或多条大致弯曲线。断裂点可用于协助金属层的分离。断裂点优选地处于热屏蔽装置的边缘区域处或其附近。当边缘区域密封时(例如，当两个金属层焊接或以其它方式联结在一起时)，特别地可使用断裂点。热屏蔽装置可具有作为固定层的一个金属层和在断裂之后可移动(使得其可移动远离固定金属层)的一个金属层。具有断裂点的热屏蔽装置示出于图6中。参考图6，包括断裂点120的金属层122可附接至固定金属层124。附接可经由边缘区域部件128。应当理解，边缘区域部件由金属层的一者来形成，或由不同零件来形成。热屏蔽装置优选包括芯层126，芯层126在加热时优选地生成和/或释放气体。芯层126可延伸至边缘区域部件128，或边缘区域(其中不存在芯层材料)中可存在间隙。例如，芯层材料可在断裂点之前或其处终止，诸如图6中所示。由于芯层中气体的压力，断裂可发生于断裂点处，诸如在极端热事件期间。断裂点的实例包括穿孔、刻痕、切口区域或变薄区域。
图7A和图7B示出了热屏蔽装置，所述热屏蔽装置附接于边缘区域处并且包括用于在预定位置处断裂的一个或多个特征。图7A示出了在金属层122的断裂之前的结构，并且图7B示出了在金属层122的断裂之后的结构，其中该层已移动远离固定金属层124。利用附接部件130，热屏蔽装置可附接至另一部件。附接部件还可将复合材料的两个金属层附接在一起。在芯层膨胀136之后，可移动金属层122可在断裂点处断裂并且移动远离固定金属层124，特别地在屏蔽区域中。虽然芯层示为终止于断裂位置之前或其附近，但是其可延伸穿过断裂位置，或甚至延伸至边缘。
利用连接器或附接部件132，热屏蔽装置可连接至组件、面板、框架或其它部件133，诸如图8中所示。连接器或附接部件可连接至金属层的两者。优选地，连接器或附接部件连接至金属层的仅一者，使得存在固定金属层(或连接金属层)和可移动金属层，所述可移动金属层在极端热事件之后移动。
应当理解，极端热事件可导致金属层仅在一个或多个区域中的分离，诸如图9中所示。例如，热能可引起气体的仅局部熔化和/或仅局部生成或释放。
热屏蔽装置的一侧或两侧上的热量116可初始地加热聚合物芯层的第一区域54。
初始地，芯层包括处于固态56的聚合物(例如，具有结晶度和/或低于其玻璃化转变温度)。随着聚合物加热，其熔化和/或软化，并且处于液态58，优选高于其玻璃化转变温度并且无任何结晶相。熔化和/或软化对于所加热的区域可局部化。
当温度达到临界点或激活温度时，气体可在加热区域中释放或生成。气体可引起芯层在加热区域54中膨胀59。所述膨胀可处于热屏蔽装置的一侧或两侧上。所述膨胀可为对称的。加热区域54可以额外加热随着时间而膨胀。由于热屏蔽装置的尺寸，可存在其中芯层仍处于固态56的区域，甚至当芯部在加热区域54中已膨胀时(例如，膨胀了25％或更多、50％或更多、75或更多，或100％或更多)。膨胀芯层59导致加热区域54处或其附近的金属层12、14的分离。
热屏蔽装置可包括芯层16中的一个或多个部件，以用于存储势能80。在加热聚合物时(例如，在熔化或软化时)，所存储势能释放，从而引起芯层膨胀和金属层12、14之间的分离距离90增加。势能可存储于一个或多个弹簧82中，诸如图10中所示。弹簧可隔开，优选遍及热屏蔽装置的整个面积。当聚合物熔化或软化并且弹簧从压缩状态返回未压缩状态时，弹簧优选布置成使得芯层的厚度和/或金属层之间的间距增加。
一个或多个特征可用于引起金属层之间的分离距离90在极端热事件期间增加。
金属层12、14的一者或两者可包括一个或多个特征，所述一个或多个特征允许层膨胀(例如，在长度、宽度或面积方面)，优选地金属材料未屈服。例如，金属层可包括一个或多个折痕140、折皱、皱纹或褶皱，诸如图11中所示。
在加热热屏蔽装置的区域时，芯层中的一部分聚合物可熔化和/或软化58，诸如图12中所示。
随着金属层分离，通过移除一些或所有的折痕、皱纹、折皱或褶皱，金属层可在面积方面扩展142，诸如图13中所示。这允许金属层在区域中分离，而金属层未拉伸和屈服。
由于一个金属层(或两个金属层)处于压缩状态158，热屏蔽装置可具有势能。例如，在形成热屏蔽装置之前，一个或多个金属层可具有弯曲配置150。在装置的形成期间，金属层可压缩154，并且保持于压缩状态(例如，通过芯层)。在芯层中聚合物的熔化或软化时，金属层可返回其弯曲和/或未压缩配置。这可引起芯层厚度的增加和/或金属层的分离距离的增加。图14A示出了在形成热屏蔽装置之前所弯曲的金属层。图14B示出了具有处于压缩状态的金属层的热屏蔽装置。金属层可通过物理或机械器具维持于扁平取向。例如，金属层可粘合至芯层。作为另一个实例，层可经由一个或多个连接器进行附接(例如，在热屏蔽装置的中心区域)。连接器优选地为可熔化连接器。应当理解，扁平取向在加热时应逆转，诸如在极端热事件中。在未压缩状态下，此类金属层优选地具有外表面，所述外表面为凸面152。
热屏蔽装置的边缘可以用边缘覆盖部件170来覆盖。当芯层的厚度增加和/或金属层的分离距离增加时，边缘覆盖部件可能够膨胀(优选地未屈服)。例如，覆盖部件可包括一个或多个折痕、皱纹、褶皱或折皱，诸如图15A中所示。当芯层膨胀174时，折痕、皱纹、褶皱或折皱的一者或两者可至少部分地移除，使得边缘覆盖部件可膨胀，而未屈服。优选地，在芯层的膨胀之前和期间，边缘覆盖部件维持与金属层的接触和/或密封了边缘。
热屏蔽装置也可协助向一个或多个部件提供EMI屏蔽。
热屏蔽装置优选地具有良好消音性能，正如通过在约50℃的温度下和约100Hz的频率下的约0.010或更大的复合损耗因数所表征的。
电池和/或电动车辆(即，EV)
根据本文教导内容的热屏蔽装置可用于包括电池的系统中。当发生源于电池或影响电池的极端热事件时，热屏蔽装置可使舱室与电池屏蔽。例如，电池可处于电动车辆中，并且热屏蔽装置可屏蔽EV的舱室。电动车辆可为混合EV或插电式EV。优选地，电池向电动电机提供了电力，该电力驱动车辆。EV优选不包括内燃机。电池可包括用于提供电力的一个或多个电池单元。
热屏蔽装置可用作电池的盖、电池的外壳，或可为与电池隔开的单独部件。热屏蔽装置可使任何车辆舱室与电池屏蔽。由热屏蔽装置所屏蔽的舱室可包括存储区、计算机或其它电子控制件，或乘客区。优选地，热屏蔽装置屏蔽了乘客舱室。舱室可处于电池上方、电池下方、电池前方，或电池后方。如本文所讨论的，热屏蔽装置减少了通过装置的热流，并且因此可减少至屏蔽舱室中的热流。电池盖可布置于一个或多个电池单元上方或前方。电池盖可为大致水平的、成角度的，或大致竖直的。
热屏蔽装置可为大致平坦的。热屏蔽装置可由平坦片材来形成，所述平坦片材具有均匀厚度和/或平面表面。例如，热屏蔽装置可通过压制或冲压来形成。热屏蔽装置可具有带有平面表面的一个或多个区域。热屏蔽装置可具有包括区域(或完整地)的表面，所述区域具有类似于电池的外壳的形状。电池盖(例如，对于大致水平电池盖)上方或下方可存在间隙。电池盖(例如，对于大致竖直电池盖)前方或后方可存在间隙。间隙可处于电池和电池盖之间和/或电池盖和乘客舱室之间。
热屏蔽装置可附接至车辆的框架，或附接至车辆的面板。热屏蔽装置可附接至容器(例如，外壳)，所述容器保持一个或多个电池单元。热屏蔽装置可取向成使得其通过了装置和所屏蔽舱室或区之间的屏障，所述装置生成了热量(例如，在极端热事件期间)。热屏蔽装置可为足够大的，使得其向所屏蔽舱室或区提供了基本的屏障或完整的屏障。

Claims (24)

1.一种热屏蔽装置，其包括：
i.第一金属层；
ii.第二金属层；
iii.聚合物芯层，所述聚合物芯层插置于所述第一金属层和第二金属层之间，其中所述热屏蔽装置具有约0.05至约4W/mK的热导率，并且在加热至约100℃或更高的温度时，所述聚合物芯层引起第一金属层和第二金属层之间的分离距离在一个或多个区域中增加并且引起所述热屏蔽装置的厚度在所述一个或多个区域中增加了约15％或更大。
2.根据权利要求1所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层在约100℃或更高的温度下生成或释放了足够量的气体，以引起金属层的分离并引起热屏蔽装置的厚度在所述一个或多个区域中的增加。
3.根据权利要求1或2所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层的特征在于以下项的一者或任何组合：
i)所述聚合物芯层包括具有一个或多个水合水的化合物；或
ii)所述聚合物芯层由材料形成，所述材料不包括聚合物芯层中的任何空隙和/或孔隙，所述材料在约25℃的温度下具有约0.90至约2.00g/cm3的密度；或
iii)所述聚合物芯层包括聚合物，并且所述热屏蔽装置包括催化剂，所述催化剂加速所述聚合物的降解，优选地使得金属层之间的压力增加。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述热屏蔽装置具有约0.70mm至约5.0mm的厚度，并且其中所述聚合物芯层的厚度与热屏蔽装置的厚度的比率为约0.25至约0.80；优选地，所述热屏蔽装置具有约0.05m2或更大的面积和/或20.0m2或更小的面积。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层在约100℃或更高的温度下熔化和膨胀；
优选地，其中所述聚合物芯层的熔化和膨胀增加了第一金属层和第二金属层之间的分离距离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层包括气体生成或释放化合物(例如，化学发泡剂、水合物、干燥剂材料、阻燃剂或其它化合物)，所述气体生成或释放化合物优选在约Tm+30℃或更高的温度下激活，其中Tm为所述聚合物芯层的峰值熔化温度，根据差示扫描量热法所测量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层包括阻燃剂化合物；
优选地其中所述阻燃剂化合物的特征在于以下项的一者或任何组合：
i)所述阻燃剂化合物包括卤代化合物(优选包括溴)；或
ii)所述阻燃剂化合物包括在约Tm+30℃或更高的温度下产生或释放水的化合物，其中Tm为所述聚合物芯层的峰值熔化温度，根据差示扫描量热法所测量；或
iii)所述阻燃剂化合物包括磷或石墨烯。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层包括增强填料(优选矿物填料)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层具有约0.40mm或更大(例如，约0.60mm或更大、约0.80mm或更大，或1.00mm或更大)的厚度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的热屏蔽装置，其中任何金属颗粒(例如，金属纤维或其它金属颗粒)在所述聚合物芯层中的量为足够低的，使得所述聚合物芯层的热导率为约2.0W/mK或更低；
优选地其中所述金属颗粒包括金属纤维；
所述聚合物芯层的热导率优选为约1.00W/mK或更低，并且更优选为约0.80W/mK；
优选地，基于所述聚合物芯层的体积，其中所述金属颗粒的量为约10.0体积百分比或更低、约6.00体积百分比或更低、约3.0体积百分比或更低，或约2.0体积百分比或更低。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述装置提供了EMI屏蔽性能。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述聚合物芯层的特征在于以下项的一者或任何组合：
i)所述聚合物芯层包括第一聚合物，所述第一聚合物具有约100℃至约225℃的熔化温度；或
ii)所述聚合物芯层在第一聚合物的熔化时提供了第一金属层和第二金属层之间的增加分离；或
iii)所述聚合物芯层包括多个层，所述多个层包括插置于两个额外层之间的中间层；
iv)所述中间层包括第一聚合物，并且所述两个额外层包括一种或多种第二聚合物，所述第二聚合物交联和/或具有大于第一聚合物的熔化温度的熔化温度；或
iv)所述聚合物芯层的熔化起初发生于聚合物芯层的中心。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述第一金属层和第二金属层的一个、一个或多个、或所有附接(例如，将所述金属层附接在一起或将一个或两个金属层附接至部件的附接)允许金属层之间的分离距离在聚合物芯层熔化时在至少一个或多个区域中增加。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的金属屏蔽装置，其中所述装置包括密封部件以用于覆盖聚合物芯层的边缘；
优选地其中所述密封部件的特征在于以下项的一者或任何组合：
i)密封部件附接至金属层的仅一者；或
ii)密封部件仅附接至第一金属层；或
iii)密封部件仅附接至第二金属层；或
iv)密封部件通过弯曲第一金属层或第二金属层来形成；或
v)密封部件通过弯曲第二金属层的边缘上方的第一金属层来形成。
15.根据权利要求14所述的热屏蔽装置，其中所述密封部件焊接至第二金属层；
优选地其中所述密封部件的至少一部分插置于第一金属层和第二金属层之间。
16.根据权利要求14或15所述的热屏蔽装置，其中
i)所述聚合物芯层延伸至密封部件和/或
ii)空隙空间存在于所述聚合物芯层的边缘和密封部件之间。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述第一金属层包括具有长度和宽度的金属片材，并且所述第二金属层包括具有相同长度和宽度的金属片材。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述第一金属层包括具有长度和宽度的第一金属片材，并且所述第二金属层包括具有不同于所述第一金属片材的长度和/或宽度的第二金属片材。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的热屏蔽装置，其中正如通过在约50℃的温度下和约100Hz的频率下的约0.010或更大的复合损耗因数所表征的，所述电池盖具有良好的消音性能。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述热屏蔽装置的特征在于以下项的一者或任何组合：
i)所述热屏蔽装置在加热之前的初始状态下包括机械或物理特征；优选地其中存储有势能，所述势能在一个或多个区域中的聚合物的熔化和/或软化时释放；或
ii)所述热屏蔽装置包括存储势能的一个或多个弹簧，其中所述一个或多个弹簧处于压缩状态并且布置为用于在所述热屏蔽装置的厚度方向上扩展；或
iii)所述热屏蔽装置包括一个或多个金属层，所述一个或多个金属层处于存储势能的压缩状态，其中所述金属层在聚合物的熔化和/或软化时移动朝向未压缩状态，从而引起金属层分离；或
iv)所述热屏蔽装置包括定向聚合物和/或芯层中的压缩橡胶，所述压缩橡胶存储势能。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述金属层的一者或两者包括皱纹、折痕、褶皱或其它特征，这些特征允许所述金属层膨胀，优选地未屈服。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的热屏蔽装置，其中所述装置的一个或多个边缘覆盖有折叠覆盖部件，所述折叠覆盖部件覆盖了所述边缘并且当金属层分离时展开，优选地其中所述覆盖部件密封了热屏蔽装置的金属边缘；优选地其中所述折叠覆盖部件由金属层中的一者来形成和/或连接至所述金属层。
23.一种用于插电式电动车辆的电池盖，所述电池盖包括根据权利要求1至22中任一项所述的热屏蔽装置，
其中所述聚合物芯层具有约0.05至约4W/mK的热导率，并且所述电池盖位于车辆电池和乘客舱室之间，所述车辆电池向电动电机提供了电力，所述电力驱动车辆；
其中所述电池盖具有约0.7mm至约5mm的厚度，并且所述聚合物芯层的厚度与电池盖的厚度的比率为约0.25至约0.80。
24.一种系统，其包括：
权利要求23所述的电池盖；
电动电机，所述电动电机用于驱动车辆的一个或多个轮；
一个或多个电池单元，所述一个或多个电池单元用于将电力提供至电动电机；
其中所述电池盖布置于所述电池单元的一者或多者上，
优选地其中所述电池盖为大致水平的；
任选地其中所述电池盖附接至容器，所述容器保持一个或多个电池单元，和/或所述电池盖附接至车辆本体并且布置于乘客舱室下方；
任选地其中所述系统包括电池盖上方或下方的间隙，以用于允许第一金属层和第二金属层的分离增加。
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