CN115831443A - 一种云母玻纤复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种云母玻纤复合材料及其制备方法和应用。本发明的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，所述云母层包含质量比为100:(10～25)的云母材料和胶黏剂，所述树脂玻纤布层包含质量比为100:(45‑65)的玻纤布和树脂。本发明的云母玻纤复合材料，厚度薄，质量轻，力学性能好，耐1200℃高温不变形，隔温性好，耐冲击性强，可用于结构件进行电池底部防护，可更有效，全方位保护和延缓电池组因热失控造成的安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及云母复合材料技术领域，尤其涉及一种云母玻纤复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着全球石油资源紧张和温室效应加剧，新能源电动汽车的发展已成大势所趋。虽然新能源电动汽车已经投放市场多年，但电池安全性问题依然存在。一旦电池起火失控，会瞬间释放高温高压火焰，危及车内人员安全；同时，电动汽车因电池热失控等问题造成热气流，容易对电池组内部各个方向造成损坏和电池组其他单元出现串烧的现象，从而引发对汽车其他部件和操作人员的伤害。所以，一般通过在电池组件外设置防护装置能有效保护和延缓对操作人员和其他部件伤害。
但是，现有技术中，此类防护装置所用的防火材料一般采用单一云母板，云母板是由云母纸与胶粘剂经过加热压制而成的绝缘材料，其广泛应用于新能源汽车、家用电器和冶金行业等不同领域，但云母板虽然具有优良的绝缘性能，但由于云母板的力学强度较低，该材料质地较脆，耐冲击性差，电机等机械设备长期高速运转种，云母板易发生磨损，进而易影响电机等机械设备的正常运作，故而只能进行电池顶部防护，无法承受太高重量，其力学性能、防火性能、耐高温性能有待进一步提高。
CN114523741A公开了一种用于新能源汽车的热失控管理的高强高拉伸高模量的云母板及其制备方法。该云母板包括云母基板和改性玻纤布，所述改性玻纤布通过粉末胶粘剂复合于所述云母基板表面，所述改性玻纤布包括玻璃纤维基布和等离子体化学气相沉积于玻璃纤维基布表面的氮化硅膜；其制备方法包括以下步骤：S1，将粉末胶粘剂通过均匀喷洒于云母基板表面，并于75-80℃中烘烤4-7min；S2，将改性玻纤布复合于云母基板喷涂有粉末胶粘剂一侧后，于120-130℃热压定型30-40min后制得产品，其具有提高云母板力学强度的优点。但是该材料的力学性能和耐高温性能有待进一步提高。
CN206564279U公开了一种阻燃防火隔热板，包括陶瓷胶防火层和绝缘隔热组。陶瓷胶防火层包覆在绝缘隔热组外，绝缘隔热组包括一层或若干绝缘隔热层。当绝缘隔热组具有若干绝缘隔热层时，若干绝缘隔热层可以为数层白炭黑的叠合组合，也可以为数层云母片的叠合组合，还可以为数层白炭黑和云母片的叠合组合。该实用新型的阻燃防火隔热板外部的陶瓷胶防火层在遇火时能够转变为陶瓷状坚硬外壳形成防火墙，而内部的绝缘隔热组能够隔绝热量的传递，因此能够实现防火、阻燃和隔热的效果，在应用于电池组时，避免因其中一块电池温度过高以至燃烧损毁而殃及相邻相池，从而确保电池组的整体安全。但是，其绝缘隔热组较厚造成电池重量大，不利于电池组的安装和使用。
因此，开发一种厚度薄、力学性能好、耐高温、耐冲击的云母玻纤复合材料及其制备方法很有必要。
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云母玻纤复合材料及其制备方法和应用，本发明的云母玻纤复合材料，厚度薄，质量轻，力学性能好，耐1200℃高温不变形，隔温性好，耐冲击性强，可用于结构件进行电池底部防护，可更有效，全方位保护和延缓电池组因热失控造成的安全问题。
本发明的目的之一在于提供一种云母玻纤复合材料，为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，所述云母层包含质量比为100:(10～25)的云母材料和胶黏剂，所述树脂玻纤布层包含质量比为100:(45-65)的玻纤布和树脂。
本发明的云母玻纤复合材料，采用云母层和树脂玻纤布层相结合，有效避免单纯采用云母材料质地较脆，抗冲击性差造成电池下方无法使用云母材质进行防护的问题，通过调整云母层和树脂玻纤布的材料组成，有效增强了材料的抗冲击性能，可用于结构件进行电池底部防护，有效减缓了电池热失控后的安全隐患。
本发明中，所述云母层和树脂玻纤布层层叠设置，云母层和树脂玻纤布层的总层数可以为2-20层，例如2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层、10层、11层、12层、13层、14层、15层、16层、17层、18层、19层、20层等，也可以根据实际需要调整为更多层数，云母层和树脂玻纤布层层叠设置，例如可以为一层云母层与一层树脂玻纤布层层叠设置，也可以为两层云母层和一层树脂玻纤布层层叠设置，也可以为三层云母层和一层树脂玻纤布层层叠设置；还可以为一层云母层与两层树脂玻纤布层层叠设置，一层云母层与三层树脂玻纤布层层叠设置，两层云母层和两层树脂玻纤布层层叠设置，三层云母层和两层树脂玻纤布层层叠设置等；优选地，所述复合材料的总层数中，云母层与树脂玻纤布层的层数比为(2-4):1，优选为3:1。
本发明中，所述云母层包含质量比为100:(10～25)的云母材料和胶黏剂，例如云母材料和胶黏剂的质量比为100:10、100:11、100:12、100:13、100:14、100:15、100:16、100:17、100:18、100:19、100:20、100:21、100:22、100:23、100:24、100:25等。若云母材料和胶黏剂的质量比太低，低于100:10，则会使成品粘接性不好，容易分层；若云母材料和胶黏剂的质量比太高，高于100:25，则会使材料强度降低。
本发明中，所述树脂玻纤布层包含质量比为100:(45-65)的玻纤布和树脂，例如玻纤布和树脂的质量比为100:45、100:46、100:47、100:48、100:49、100:50、100:51、100:52、100:53、100:54、100:55、100:56、100:57、100:58、100:59、100:60、100:61、100:62、100:63、100:64或100:65等。若玻纤布和树脂的质量比太低，低于100:45，则会使成品粘接性不好，容易分层；若玻纤布和树脂的质量比太高，高于100:65，则会使材料强度降低。
本发明通过调节云母层和树脂玻纤布的材料组成，使制得的防火材料具有较强的力学性能、防火阻燃性能及耐高温性能，可作为电池包结构件对电池进行全方位防护，有效防止电池热失控造成的火焰串烧，进而有效减缓电池热失控后的安全隐患。
所述云母材料为金云母或白云母。
所述胶黏剂为环氧树脂、有机硅树脂和酚醛树脂中的任意一种或至少两种的混合物。
所述树脂为环氧树脂和/或有机硅树脂。
本发明中，所述玻纤布为将玻璃拉制成极细的玻璃丝，此时的玻璃丝就具有了很好的柔软性。将玻璃丝纺成纱，再通过织布机就可以织成玻璃纤维布，属于一种性能优异的无机非金属材料，玻纤布的种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高。优选地，玻纤布可选择的主要规格有7637、7630、7628、7615、1506、2116、2113、3313、1080、106、104等。
具体的，所述玻纤布的厚度为0.05～0.07mm，例如为0.05mm、0.06mm、0.07mm等；目数为100～200目，例如为100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目、200目等。
本发明中，所述云母层的厚度为0.2～2mm，例如云母层的厚度为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm等。
本发明中，所述树脂玻纤布层的厚度为0.05～0.2mm，例如树脂玻纤布层的厚度0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm、0.2mm等。
本发明通过调节上述云母层和树脂玻纤布层的厚度，可使云母层和树脂玻纤布层在保证基本的绝缘防火性能的基础上，取最小厚度，同时机械强度获得增强，质量轻，从而可用于电池结构件，对电池组件进行全方位防护。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的云母玻纤复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比以云母材料和胶黏剂为原料制备云母层材料；
(2)按配比以玻纤布和树脂为原料制备树脂玻纤布层材料；
(3)将云母层材料和树脂玻纤布层材料层叠设置，热压复合，得到所述云母玻纤复合材料。
优选地，所述热压的压力为500-800T，例如为500T、550T、600T、650T、700T、750T、800T等。
优选地，所述热压的温度为115-130℃，例如为115℃、120℃、125℃、130℃等；所述热压的时间为10-30min，例如为10min、15min、20min、25min、30min等。
作为本发明的优选方案，所述云母玻纤复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)裁切取300*300mm过胶云母纸，同样裁切取300*300mm树脂玻纤布；
(2)将云母纸和树脂玻纤布按照云母纸、树脂玻纤布、云母纸、树脂玻纤布这个多层的组合方式叠放；
(3)将叠放好的云母纸、树脂玻纤布组合片放到热压设备上，500-800T的压力条件下，115-130℃热压固化10-30分钟，得到云母玻纤复合材料。
本发明的目的之三在于提供一种目的之一所述的云母玻纤复合材料的应用，将所述云母玻纤复合材料用于结构件的制备，进行电池底部防护，有效减缓了电池热失控后的安全隐患。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的云母玻纤复合材料，厚度薄，质量轻，力学性能好，耐1200℃高温不变形，隔温性好，耐冲击性强，可用于结构件进行电池底部防护，可更有效，全方位保护和延缓电池组因热失控造成的安全问题。具体的，制得的云母玻纤复合材料的拉伸强度为178-235MPa，弯曲强度为303-350MPa，耐冲击性能为28.8-36.7KJ/m2，热面1000±200℃隔温性能测试冷面温度为277-295℃。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:18的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为双酚A环氧树脂128环氧树脂；树脂玻纤布层包含质量比为100:55的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为双酚A环氧树脂128环氧树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)裁切取300*300mm过胶云母纸，同样裁切取300*300mm树脂玻纤布；
(2)将云母纸和树脂玻纤布按照云母纸、树脂玻纤布、云母纸、树脂玻纤布这个多层的组合方式叠放；
(3)将叠放好的云母纸、树脂玻纤布组合片放到热压设备上，600T的压力条件下，120℃热压固化20分钟，得到云母玻纤复合材料。
实施例2
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:15的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为双酚A环氧树脂128环氧树脂；树脂玻纤布层包含质量比为100:45的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为双酚A环氧树脂128环氧树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:25的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为双酚A环氧树脂128环氧树脂；树脂玻纤布层包含质量比为100:65的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为双酚A环氧树脂128环氧树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:15的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为双酚A环氧树脂128环氧树脂；树脂玻纤布层包含质量比为100:65的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为双酚A环氧树脂128环氧树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:25的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为双酚A环氧树脂128环氧树脂；树脂玻纤布层包含质量比为100:45的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为双酚A环氧树脂128环氧树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:18的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为有机硅树脂SH-5202甲基硅树脂；树脂玻纤布层包含质量比为100:55的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为有机硅树脂SH-5202甲基硅树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法同实施例1。
实施例7
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:18的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为2402酚醛树脂；树脂玻纤布层包含质量比为100:55的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为有机硅树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法同实施例1。
实施例8
本实施例的云母玻纤复合材料，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，总层数为16层，云母层与树脂玻纤层组成层数比率为3:1，云母层包含质量比为100:18的云母材料和胶黏剂，云母材料为白云母天然矿物材料，胶黏剂为固德电材系统(苏州)股份有限公司生产的酚醛树脂材料；树脂玻纤布层包含质量比为100:55的玻纤布和树脂，玻纤布为无碱玻璃纤维，树脂为环氧树脂。
本实施例的云母玻纤复合材料的制备方法同实施例1。
实施例9
本实施例与实施例1的区别之处在于，云母材料由白云母替换为金云母，其他的与实施例1的均相同。
实施例10
本实施例与实施例1的区别之处在于，胶黏剂由环氧树脂替换为聚氨酯树脂，其他的与实施例1的均相同。
实施例11
本实施例与实施例1的区别之处在于，树脂由环氧树脂替换为聚氨酯树脂，其他的与实施例1的均相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别之处在于，云母层包含质量比为100:8的云母材料和胶黏剂，其他的与实施例1的均相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别之处在于，云母层包含质量比为100:30的云母材料和胶黏剂，其他的与实施例1的均相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别之处在于，树脂玻纤布层包含质量比为100:30的玻纤布和树脂，其他的与实施例1的均相同。
对比例4
本对比例与实施例1的区别之处在于，树脂玻纤布层包含质量比为100:80的玻纤布和树脂，其他的与实施例1的均相同。
对比例5
本对比例的云母材料为现有技术的常规材料，具体组成如下：质量比为100:15的云母材料和胶黏剂。
制备方法如下：
(1)裁切取300*300mm过胶云母纸；
(2)将16张云母纸依次叠放；
(3)将叠放好的云母纸放到热压设备上，600T压力，120℃热压固化20分钟，得到云母板材料。
将实施例1-11制备的云母玻纤复合材料与对比例1-5制备的材料进行性能测试，测试结果如表1所示。
其中，拉伸强度的测试参照ISO527标准进行；弯曲强度的测试参照ISO178:2010标准进行；耐冲击性能的测试参照ISO179:2010标准进行，隔温性能的测试参照热面1000±200℃，测量冷面温度。
表1
由表1可以看出，本发明的云母玻纤复合材料，厚度薄，质量轻，力学性能好，耐1200℃高温不变形，隔温性好，耐冲击性强，可用于结构件进行电池底部防护，可更有效，全方位保护和延缓电池组因热失控造成的安全问题。具体的，制得的云母玻纤复合材料的拉伸强度为178-235MPa，弯曲强度为303-350MPa，耐冲击性能为28.8-36.7KJ/m2，热面1000±200℃隔温性能测试冷面温度为277-295℃。
对比例1云母材料和胶黏剂质量比太大，会使云母含量不足，导致产品强度不足，隔温效果差。
对比例2云母材料和胶黏剂质量比太小，会使成品粘接效果差，易分层。
对比例3玻纤布和树脂质量比太大，会使玻纤布含量不足，导致产品强度不足。
对比例4玻纤布和树脂质量比太小，会使成品粘接效果差，易分层。
对比例5采用常规的材料，会使产品物理强度和隔温效果都降低。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。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。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种云母玻纤复合材料，其特征在于，包含相互连接的云母层和树脂玻纤布层，所述云母层包含质量比为100:(10～25)的云母材料和胶黏剂，所述树脂玻纤布层包含质量比为100:(45-65)的玻纤布和树脂。
2.根据权利要求1所述的云母玻纤复合材料，其特征在于，所述云母材料为金云母或白云母。
3.根据权利要求1或2所述的云母玻纤复合材料，其特征在于，所述胶黏剂为环氧树脂、有机硅树脂和酚醛树脂中的任意一种或至少两种的混合物。
4.根据权利要求1-3之一所述的云母玻纤复合材料，其特征在于，所述树脂为环氧树脂和/或有机硅树脂。
5.根据权利要求1-4之一所述的云母玻纤复合材料，其特征在于，所述玻纤布的厚度为0.05～0.07mm，目数为100～200目。
6.根据权利要求1-5之一所述的云母玻纤复合材料，其特征在于，所述云母层的厚度为0.2～2mm，所述树脂玻纤布层的厚度为0.05～0.2mm。
7.一种如权利要求1-6之一所述的云母玻纤复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按配比以云母材料和胶黏剂为原料制备云母层材料；
(2)按配比以玻纤布和树脂为原料制备树脂玻纤布层材料；
(3)将云母层材料和树脂玻纤布层材料层叠设置，热压复合，得到所述云母玻纤复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热压的压力为500-800T。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为115-130℃，所述热压的时间为10-30min。
10.一种如权利要求1-6之一所述的云母玻纤复合材料的应用，其特征在于，将所述云母玻纤复合材料用于结构件的制备。
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