CN114891352A - 一种膨胀型可陶瓷化的防火产品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，按质量百分比计，乙烯基硅油38%，侧含氢硅油及扩链剂3%，聚有机硅氧烷2%，偶联剂0.2%，陶瓷填料4%，云母粉8%，阻燃剂35%，可膨胀微球5%，稳泡剂1%，抑制剂0.01%，铂金催化剂0.03%，其他无机物颗粒约3%；复合材料是一种可膨胀型的防火垫，在高温状态下核壳结构的膨胀微球成倍数增大，使材料产生急剧膨胀，低熔点的玻璃化物质在熔融状态下将可膨胀微球及其它无机物颗粒连接起来。本发明在常温状态下具有优良的柔性，低温状态快速瓷化，高温下有效抑制热扩散并具有优异防火性能的材料，解决目前国内传统陶瓷化产品不能完全满足新能源汽车行业需求的情况。
Description
技术领域
本发明涉及防火产品技术领域，特别是一种膨胀型可陶瓷化的防火产品及其制备方法。
背景技术
在国内新能源汽车行业迅速成长的时代,安全成为首要考量新能源汽车的因素，在汽车电池电芯或电池包其他部位发生着火时，是否能给乘客留有足够的逃生时间 ,是广大人群的疑问和关注点 。GB 3081-2020文件中国家在新能源汽车行业也增加了新的要求，按照8.2.7.2进行热扩散乘员保护分析和验证，电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5min，应提供一个事件报警信号。
膨胀型可陶瓷化防火产品，在高温状态下迅速膨胀并陶瓷化，既具有防火效果又有阻止热扩散的特性，抑制火势的蔓延，确保在发生事故时为乘客争取更多的逃生时间；在高温网膜层的加持下，产品在常温状态的强度得到很大的提升，延长了材料的使用寿命，这些优异的性能让防火产品成为一种关键性的“生命”材料。
传统陶瓷化产品以硅橡胶作为载体，通过添加陶瓷填料进行混炼，进而高温硫化的方式，一般得到硬度较大的硅橡胶产品，在电缆领域的应用较为广泛，但这种材料并不能完全适用于新能源汽车，它的局限性在于：
（1）不能快速瓷化，形成防火层，对电池包进行保护；
（2）陶瓷化过程中不能膨胀起泡，不能有效抑制热量的扩散， 容易引起其他部件被烧毁，严重影响乘客安全；
(3)高分子量硅橡胶制品在高温时会产生大量浓烟，在电池包着火时会增加烟雾量，大量的烟雾会对人体造成伤害；
(4)混炼工艺较为繁琐，耗时较长，大规格尺寸产品生产效率低。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种膨胀型可陶瓷化防火产品，这种防火产品在常温状态下具有优良的柔性，低温状态快速瓷化，高温下有效抑制热扩散并具有优异防火性能的材料，解决目前国内传统陶瓷化产品不能完全满足新能源汽车行业需求的情况。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，包括复合材料，按质量百分比计，乙烯基硅油38%，侧含氢硅油及扩链剂3%，聚有机硅氧烷2%，偶联剂0.2%，陶瓷填料4%，云母粉8%，阻燃剂35%，可膨胀微球5%，稳泡剂1%，抑制剂0.01%，铂金催化剂0.03%，其他无机物颗粒约3%；
所述复合材料是一种可膨胀型的防火垫，在高温状态下核壳结构的膨胀微球成倍数增大，使材料产生急剧膨胀，低熔点的玻璃化物质在熔融状态下将可膨胀微球及其它无机物颗粒连接起来，形成一个完整的陶瓷化壳体；
在初期较低温度下玻璃体转化为流动相，此时不同颗粒物之间接触点形成连接点，无机物颗粒形态基本保持不变，膨胀微球逐渐膨胀相互挤压，使连接点形成较大的接触面；中期时原子向颗粒的结合面迁移，颗粒间距离逐渐缩小，形成孔隙网络结构；后期随着温度的逐渐升高，晶体逐渐向膨胀微球间隙中扩散，填充，晶粒也同时长大，包覆成一个无机壳体，实现快速膨胀型陶瓷化结构。
作为本发明进一步的方案，所述复合材料其中乙烯基硅油为一种或几种单端、双端乙烯基和高乙烯基硅油的混合物；含氢硅油为一种或几种封端含氢和侧含氢硅油的混合物；偶联剂为钛酸酯类化合物或烷基硅氧烷；陶瓷填料为低熔点玻璃微球；阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸类或硼酸类中一种或多种的混合物；可膨胀微球为中空微胶囊聚合物颗粒、核壳结构的微胶囊聚合物颗粒或膨胀石墨中的一种或者多种混合物；无机物颗粒为二氧化硅、氧化镁等粉体。
作为本发明进一步的方案，乙烯基硅油包含单端和双端乙烯基硅油，可膨胀微球的粒径优选30μm。
作为本发明进一步的方案，所述复合材料是高温网格布与片材复合构成的三明治结构，产品尺寸可以按照不同需求进行裁切。
作为本发明进一步的方案，所述复合材料玻璃体转化温度在400-500℃，形成熔融状态的物质，易与无机物颗粒搭接形成瓷化结构，可耐火冲击温度1000-1200℃，在此温度下陶瓷体可耐冲击时间大于60min。
作为本发明进一步的方案，网格布为高硅氧型高温网格布。
作为本发明进一步的方案，所述复合材料采用涂布或复合延压工艺将与网格布结合。
作为本发明进一步的方案，所述防火产品可以满足在电池包和汽车其他不同环境下的应用。
一种膨胀型可陶瓷化的防火产品的制备方法，其特征是：具体步骤如下：
步骤一，按上述配方称取液体原料，除催化剂外的所有液体混合，真空条件下转速800-1200r/min搅拌30-60min至搅拌均匀，液体预混合完成后应冷却至常温密封保存使用；
步骤二，将上述配方中的粉体依次加入搅拌均匀的预混合液体中，以50-60r/min的速度，真空下不断搅拌30-40min；
步骤三，最后称量铂金催化剂加入混合物中，真空下20-30r/min的速度缓慢搅拌10-20min；
步骤四，将粘度为100-300cps的底涂剂胶水与二甲苯1:1混合均匀后浸涂在高温网络层上，立式涂布机线速度为6-8m/min、100℃条件下烘烤1-3min，收卷后备用；
步骤五，浆料粘度范围应在10-40*104cps之间,将产品挤出至上下均为网络层的延压线，在60-125℃温度梯度下烘烤成型；
步骤六，用2-3m/min的延压速度与高温网络层复合，在60-130℃的温度梯度下充分硫化；
步骤七，收卷，将材料做成卷材。
由于本发明采用如上技术方案，本发明具有的优点和积极效果是：
1、低密度、低成本、很好的回弹性；
2、在常温下具有更好的柔性和抗拉强度，可进行在线收卷和背胶，在装配上可操作性更强；
3、低温陶瓷化效果优异，高温条件下使得瓷化体表面形成大小不一的褶皱和孔隙结构，从而起到防火和抑制热扩散的特点；
4、相比于传统的有机硅陶瓷化产品，高温下碳化产生的烟雾较小，对环境友好；
5、工艺条件更为简单，生产效率更高；
6、解决了传统陶瓷化产品不能快速瓷化形成防火层，不能有效抑制热量的扩散而降低防火性能等问题，并且本发明所述一种膨胀型可陶瓷化防火产品，对不同的规格尺寸均可满足，具有极高的实用性。
附图说明
图1是本发明防火产品结构示意图。
图2是膨胀型可陶瓷化防火产品俯视图。
图3是高温后产品截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明制备的膨胀型可陶瓷化的防火材料，主要由载体A和填料B两部分组成，所述组分按重量百分比计，按质量百分比计，乙烯基硅油38%，侧含氢硅油及扩链剂3%，聚有机硅氧烷2%，偶联剂0.2%，陶瓷填料4%，云母粉8%，阻燃剂35%，可膨胀微球5%，稳泡剂1%，抑制剂0.01%，铂金催化剂0.03%，其他无机物颗粒3%。
其中，其中乙烯基硅油为一种或几种端乙烯基和高乙烯基硅油的混合物；含氢硅油为一种或几种封端含氢和侧含氢硅油的混合物；偶联剂为钛酸酯类化合物；陶瓷填料为低熔点玻璃微球；阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁或磷酸类或硼酸中的一种或多种的混合物；可膨胀微球为中空微胶囊聚合物颗粒或壳结构的微胶囊聚合物颗粒或膨胀石墨中的一种或者多种混合物；无机物颗粒为二氧化硅和氧化镁粉体；本发明为三明治结构；可膨胀微球的粒径在10μm~500μm，优选30μm，本发明的防火产品可以满足在电池包和汽车其他不同环境下的应用。
本发明制备的膨胀型可陶瓷化的防火材料的制备方法，将乙烯基、含氢硅油、聚有机硅氧烷及偶联剂加入釜中，真空条件下转速800-1200r/min搅拌30-60min至搅拌均匀，液体预混合完成后应冷却至常温密封保存使用；然后将可膨胀的陶瓷粉体加入搅拌均匀的预混合液体中，以50-60r/min的速度，真空下不断搅拌30-40min；最后称量铂金催化剂加入混合物中，真空下20-30r/min的速度缓慢搅拌10-20min；将产品挤出至上下均为网络层的延压线，在60-125℃温度梯度下烘烤成型；用2-3m/min的延压速度与高温网络层复合，在60-130℃的温度梯度下充分硫化后得到膨胀型可陶瓷化的防火产品。其选择中空微囊为膨胀材料，与传统膨胀剂相比膨胀速率更快，高温后微囊表面的聚合物被碳化，加入低熔点的桥接剂后，在较低温度下快速将膨胀颗粒及其无机物颗粒连接在一起，而中空微囊中的气体被包覆在陶瓷体内，使产品具有更好的瓷化强度，和更好的防火效果。
实施例1
膨胀型可陶瓷化的防火产品制备配方：
A载体：7*104Cp经白炭黑处理的高粘度硅油300g,1*104Cp粘度的聚有机硅氧烷500g，500Cp乙烯基和含氢硅油1100g，偶联剂10g；
B填料:陶瓷填料120g，可以是高岭土，长石粉，低熔点玻璃粉等一种或几种的混合物，云母粉480g，阻燃剂2280g，可以是氢氧化铝，氢氧化镁，石墨，红磷等一种或几种复合而成的非卤阻燃剂，可膨胀微球120g,稳泡剂及其他无机物颗粒80g，抑制剂2g，铂金催化剂10g；
以上组分所制得的产品1000℃高温冲击下产生的絮状污染物较少，经过马弗炉1000℃高温烧蚀后，膨胀型可陶瓷化的防火材料具有一定的力学强度，有很大的膨胀形变，但产品为完整壳体，未有开裂现象。
实施例2
膨胀型可陶瓷化的防火产品制备配方：
A载体：7*104Cp经白炭黑处理的高粘度硅油300g,1*104Cp粘度的聚有机硅氧烷600g，500Cp乙烯基和含氢硅油1000g，偶联剂16g；
B填料:陶瓷填料200g，可以是高岭土，长石粉，低熔点玻璃粉等一种或几种的混合物，云母粉800g，阻燃剂1720g，可以是氢氧化铝，氢氧化镁，石墨，红磷等一种或几种复合而成的非卤阻燃剂，可膨胀微球180g,稳泡剂及其他无机物颗粒180g，抑制剂2g，铂金催化剂10g；
以上组分所制得的产品1000℃高温冲击下产生的絮状污染物较少，经过马弗炉1000℃高温烧蚀后，膨胀型可陶瓷化的防火材料具有一定的力学强度，有很大的膨胀形变，但产品为完整壳体，未有开裂现象。
实施例3
膨胀型可陶瓷化的防火产品制备配方：
A载体：7*104Cp经白炭黑处理的高粘度硅油400g,1*104Cp粘度的聚有机硅氧烷600g，500Cp乙烯基和含氢硅油900g，偶联剂20g；
B填料:陶瓷填料100g，可以是高岭土，长石粉，低熔点玻璃粉等一种或几种的混合物，云母粉400g，阻燃剂2190g，可以是氢氧化铝，氢氧化镁，石墨，红磷等一种或几种复合而成的非卤阻燃剂，可膨胀微球200g,稳泡剂及其他无机物颗粒200g，抑制剂2g，铂金催化剂10g；
以上组分所制得的产品1000℃高温冲击下产生的絮状污染物较少，经过马弗炉1000℃高温烧蚀后，膨胀型可陶瓷化的防火材料具有一定的力学强度，有很大的膨胀形变，但产品为完整壳体，未有开裂现象。
实施例4
膨胀型可陶瓷化的防火产品制备配方：
A载体：7*104Cp经白炭黑处理的高粘度硅油300g,1*104Cp粘度的聚有机硅氧烷500g，500Cp乙烯基和含氢硅油1200g，偶联剂10g；
B填料:陶瓷填料150g，可以是高岭土，长石粉，低熔点玻璃粉等一种或几种的混合物，云母粉660g，阻燃剂1850g，可以是氢氧化铝，氢氧化镁，石墨，红磷等一种或几种复合而成的非卤阻燃剂，可膨胀微球220g,稳泡剂及其他无机物颗粒200g，抑制剂2g，铂金催化剂10g；
以上组分所制得的产品1000℃高温冲击下产生的絮状污染物较少，经过马弗炉1000℃高温烧蚀后，膨胀型可陶瓷化的防火材料具有一定的力学强度，有很大的膨胀形变，但产品为完整壳体，未有开裂现象。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (9)
1.一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征在于：包括复合材料，按质量百分比计，乙烯基硅油38%，侧含氢硅油及扩链剂3%，聚有机硅氧烷2%，偶联剂0.2%，陶瓷填料4%，云母粉8%，阻燃剂35%，可膨胀微球5%，稳泡剂1%，抑制剂0.01%，铂金催化剂0.03%，其他无机物颗粒3%；
所述复合材料是一种可膨胀型的防火垫，在高温状态下核壳结构的膨胀微球成倍数增大，使材料产生急剧膨胀，低熔点的玻璃化物质在熔融状态下将可膨胀微球及其它无机物颗粒连接起来，形成一个完整的陶瓷化壳体；
在初期较低温度下玻璃体转化为流动相，此时不同颗粒物之间接触点形成连接点，无机物颗粒形态基本保持不变，膨胀微球逐渐膨胀相互挤压，使连接点形成较大的接触面；中期时原子向颗粒的结合面迁移，颗粒间距离逐渐缩小，形成孔隙网络结构；后期随着温度的逐渐升高，晶体逐渐向膨胀微球间隙中扩散，填充，晶粒也同时长大，包覆成一个无机壳体，实现快速膨胀型陶瓷化结构。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征是：所述复合材料其中乙烯基硅油为一种或几种单端、双端乙烯基和高乙烯基硅油的混合物；含氢硅油为一种或几种封端含氢和侧含氢硅油的混合物；偶联剂为钛酸酯类化合物或烷基硅氧烷；陶瓷填料为低熔点玻璃微球；阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸类或硼酸类中一种或多种的混合物；可膨胀微球为中空微胶囊聚合物颗粒、核壳结构的微胶囊聚合物颗粒或膨胀石墨中的一种或者多种混合物；无机物颗粒为二氧化硅、氧化镁等粉体。
3.根据权利要求2所述的一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征是：乙烯基硅油包含单端和双端乙烯基硅油，可膨胀微球的粒径优选30μm。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征是：所述复合材料是高温网格布与片材复合构成的三明治结构，产品尺寸可以按照不同需求进行裁切。
5.根据权利要求4所述的一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征是：所述复合材料玻璃体转化温度在400-500℃，形成熔融状态的物质，易与无机物颗粒搭接形成瓷化结构，可耐火冲击温度1000-1200℃，在此温度下陶瓷体可耐冲击时间大于60min。
6.根据权利要求4所述的一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征是：网格布为高硅氧型高温网格布。
7.根据权利要求4所述的一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征是：所述复合材料采用涂布或复合延压工艺将与网格布结合。
8.根据权利要求1所述的一种膨胀型可陶瓷化的防火产品，其特征是：所述防火产品可以满足在电池包和汽车其他不同环境下的应用。
9.一种膨胀型可陶瓷化的防火产品的制备方法，其特征是：具体步骤如下：
步骤一，按上述配方称取液体原料，除催化剂外的所有液体混合，真空条件下转速800-1200r/min搅拌30-60min至搅拌均匀，液体预混合完成后应冷却至常温密封保存使用；
步骤二，将上述配方中的粉体依次加入搅拌均匀的预混合液体中，以50-60r/min的速度，真空下不断搅拌30-40min；
步骤三，最后称量铂金催化剂加入混合物中，真空下20-30r/min的速度缓慢搅拌10-20min；
步骤四，将粘度为100-300cps的底涂剂胶水与二甲苯1:1混合均匀后浸涂在高温网络层上，立式涂布机线速度为6-8m/min、100℃条件下烘烤1-3min，收卷后备用；
步骤五，浆料粘度范围应在10-40*104cps之间,将产品挤出至上下均为网络层的延压线，在60-125℃温度梯度下烘烤成型；
步骤六，用2-3m/min的延压速度与高温网络层复合，在60-130℃的温度梯度下充分硫化；
步骤七，收卷，将材料做成卷材。
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