CN116997614A - 无机涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种涂料组合物，当将该涂料组合物施加到基底时，其能够在没有由高能量热失控事件引起的穿孔的情况下承受高温颗粒喷射。该涂料组合物包含无机填料、无机粘结剂；和短切有机纤维。
Description
发明背景
技术领域
本发明涉及涂料组合物，该涂料组合物用于电动车辆电池模块中以帮助管理电池模块热失控事件。
背景技术
如今，电池支持的混合动力车辆或完全电驱动的车辆的市场和支持技术迅速扩展。可充电电池，包括镍金属氢化物或锂离子电池，用于储存能量并且在电动车辆和混合电动车辆中提供电力。在再充电过程中流入电池或从电池流出进入车辆及其附件的电流产生热量。在规定范围的界限之外的操作可损坏电池内的单元或加速单元的劣化。
电动车辆电池由若干电池模块组成，并且每个电池模块包含许多互连的单个电池单元。当电池模块中的一个单元在其操作中损坏或出现故障时，该单元中的温度增加的速度可能比能够从模块去除热量的速度更快。如果这种温度积聚继续不加制止，可能会发生称为热失控的灾难性现象，从而导致该单元着火。所产生的火可以非常快速地扩散到邻近的单元，并且然后在整个电池中以链式反应扩散到单元。这些火可潜力巨大并且可以扩散到车辆的周围结构并且危及乘员或这些电池所在的结构。
下一代电动车辆EV电池将比现今使用的电池具有更高的能量。高能量电池，诸如被描述为811(NMC或镍锰钴比)或类似能量密度的那些电池，如果穿孔或过热，可能会发生灾难性故障。当这种情况发生时，随之发生的电池火灾将不仅达到1200℃或更高的温度，而且还可能以中等高速排出碎片。虽然电池组通常被封装在铝壳中，但是铝在660℃下熔化，因此必须保护壳免受故障电池的火焰和碎片的影响，以允许电动车辆的乘员在这种故障的情况下及时离开。
虽然存在能够经受高温火焰的材料(即，经受2000℃火焰持续几十分钟而不破裂)，但这些材料不能承受与高能量电池热失控事件相关联的爆炸。因此，需要一种防火屏障，它不仅能够承受高温，还能够承受从电池组发出的爆炸颗粒。为了在暴露于这些元素的汽车或其它环境中生存，这些材料还必须能够承受低和高的温度和湿度而不降低它们的性能。另外，示例性材料需要是薄的、轻质的、坚固且便宜的。
发明内容
本发明描述了一种涂层，当将该涂层施加到基底时，该涂层能够在没有由高能量热失控事件引起的穿孔的情况下承受高温(例如大于750℃，优选地大于1000℃，或更优选地大于1200℃)颗粒喷射。在第一示例性实施方案中，描述了一种涂料组合物，其包含无机填料、无机粘结剂；和短切有机纤维。
在第二实施方案中，描述了一种耐火制品，其包括涂覆到基底上的示例性涂料组合物，其中所述涂料组合物包含无机填料、无机粘结剂和短切有机纤维。
在另一个实施方案中，根据本发明的示例性涂料组合物可基本上由以下组成：无机填料、无机粘结剂；和短切有机纤维。所述涂料组合物可进一步包含附加材料，该附加材料不会显著影响固化涂料组合物的期望特性或包括设置在产品基底表面上的示例性涂层的耐火制品的性能。
本发明的上述发明内容并非旨在描述本发明的每个例示的实施方案或每种实施方式。附图及其后的具体实施方式更特别地举例说明这些实施方案。
具体实施方式
因为本发明的实施方案的部件可定位成多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，并且绝不是限制性的。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可利用其它实施方案，并且可进行结构性或逻辑性的改变。因此，不能认为以下的详细描述具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
防范与热失控事件期间的突发火灾和/或碎片喷射相关联的危险是重大的技术挑战。尝试创建通用解决方案是难以实现的，因为对电池火灾的一个特性的防护可能导致其它问题。例如，非织造聚合物网和泡沫可显示出优异的热绝缘性质，但常见的聚合物不能承受在电池故障事件中经历的高温。由织造非易燃纤维(例如，无机纤维)制成的热屏蔽材料可有效地防止火灾穿透，但可能太薄而不能充分隔绝火灾或碎片的巨大热量。使用较厚的热屏蔽材料层可能成本太高。这些材料的组合可提供解决方案，但将不同材料粘结在一起可能是一个问题，特别是当对经粘结材料和粘结材料的选择可能受到可燃性问题和热膨胀系数差异的限制时。
本发明通过提供防火涂层来解决这些问题，该防火涂层在热失控条件下形成保护性陶瓷表面。可将示例性涂层施加到防火阻燃纸或防火阻燃板的表面，以形成能够在高能量电池模块或电池组中的热失控期间承受高温和碎片排出的阻火制品。在电动车辆电池应用中，将相对较薄的阻燃纸或阻燃板与防火涂料进行组合可在暴露于火灾的情况下提供保护、结构完整性和高度热绝缘作用。
在一个示例性实施例中，阻火制品可用于排列在电池组盖的底侧，以在灾难性电池故障期间用作防止高温颗粒爆炸或喷射的屏蔽物。该材料形式可以作为单独的片材(用于平面应用)提供给客户或者可以涂覆在并固化到电池组盖(用于具有三维轮廓的电池组盖)或其他三维基底的底侧上，诸如通过引用方式并入本文的PCT公布号WO 2021/113278中描述的然后可以施加到电池组的盖、侧面或底部的三维耐火材料。对这种示例性阻火制品的要求远远超出了仅仅是阻燃剂的要求。阻火制品应具有不仅处理极高温度还必须耐受颗粒爆炸的能力。因此，包含有机材料或有机硅材料的常规构造在高能量热失控事件期间将不提供必要的保护。
另外，由于汽车暴露于一系列冲击和振动、极端的温度和湿度、化学暴露和其它不利条件下，因此必须仔细调整汽车部件的性能。冲击和振动对于许多部件来说尤其可能极具挑战性，因为这些部件会受到一系列频率、加速度和颠簸运动的影响，特别是当它们在没有任何机械阻尼的情况下牢固地附连到车辆时。因此，当配制用于底盖应用的新材料时，材料的机械性能是重要的考虑因素。
对于本文所述的基本上无机的涂料体系，使用材料的挠曲性能而不是其拉伸性能的测量来表征材料。通常，希望具有较高的挠曲模量和较高的断裂挠曲应力，以使部件能够经受汽车环境的冲击和振动，特别是对于底盖应用。因此，希望增加这些体系的挠曲模量和/或断裂挠曲应力。基于干燥涂层中的固体百分比计，根据本发明的无机涂料组合物包含至少90重量％，优选至少93重量％，更优选97重量％的无机材料。
本文所述的示例性涂料组合物包含低浓度的有机纤维以改善固化组合物的物理性质，同时还提供能够经受高温颗粒爆炸的固化涂层。该示例性涂料组合物可用于电池组盖的底侧，或用于需要高温、高强度和防爆性的其它应用中。
示例性涂料组合物包含无机填料、无机粘结剂和短切有机纤维。更具体地，基于干燥涂层中的固体百分比计，涂料组合物可包含35重量％至85重量％的无机填料、15重量％至60重量％的无机粘结剂和0.1重量％至6.5重量％的短切有机纤维。
示例性无机填料包括但不限于高岭土、偏高岭土、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母、蒙脱土、蒙皂石、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、玻璃纤维、陶瓷纤维、粉煤灰、热解法二氧化硅、波特兰水泥、混凝土混合物或类似无机材料、以及它们的组合。合适类型的高岭土包括但不限于水洗高岭土、偏高岭土、分层高岭土、煅烧高岭土以及经表面处理的高岭土。
在一些实施方案中，无机填料可以是以上提供的多种填料的混合物。例如，无机填料可以是包含至少两种填料的无机填料混合物，所述至少两种填料选自高岭土、偏高岭土、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母、蒙脱土、蒙皂石、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、粉煤灰、热解法二氧化硅、硅灰、波特兰水泥和混凝土混合物。在一些示例性实施方案中，无机填料是高岭土和云母的混合物。
无机填料可占湿涂料组合物混合物的20重量％至70重量％。另选地，基于干燥涂层中的总固体含量计，示例性涂料组合物可包含35重量％至85重量％，优选50重量％至80重量％，更优选55重量％至75重量％的无机填料。
在一些实施方案中，无机粘结剂可具有式M2SiO3，其中M为Na、K或Li，并且因此包括硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钾(K2SiO3)、硅酸锂(Li2SiO3)。另外，无机粘结剂还可包括胶态二氧化硅。在一些实施方案中，无机粘结剂可包括以上提供的无机粘结剂(即，硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂和胶态二氧化硅)中的至少两种的组合。另选地，无机粘结剂可以是具有式M2O(SiO2)n·H2O的聚硅酸盐，其中M选自Li、Na、K，优选K或Na，并且n是介于1与15之间，优选2与9之间的整数。还优选的是粘结剂用于溶剂(优选水)中。无机粘结剂可占涂料组合物湿混合物的30重量％至80重量％。另选地，基于干燥涂层中的总固体含量计，示例性涂料组合物可包含15重量％至60重量％无机粘结剂，优选20重量％至50重量％无机粘结剂，更优选25重量％至45重量％无机粘结剂。
示例性有机纤维包括聚乙烯醇(PVA)纤维、聚丙烯(PP)纤维、共混聚烯烃纤维、聚烯烃共聚物纤维、尼龙纤维或它们的组合。有机纤维可占湿涂料组合物混合物的0.06重量％至5重量％。另选地，基于干燥涂层中的总固体含量计，示例性涂料组合物可包含0.1重量％至6.5重量％的有机纤维，优选0.3重量％至3重量％的有机纤维，更优选0.9重量％至1.5重量％的有机纤维。
在一些实施方案中，基于干燥涂层中的总固体含量计，示例性涂料组合物可包含35重量％至85重量％的无机填料、15重量％至60重量％的无机粘结剂和0.1重量％至6.5重量％的有机纤维。在其它实施方案中，基于干燥涂层中的总固体含量计，示例性涂料组合物可包含50重量％至80重量％的无机填料、20重量％至50重量％的无机粘结剂和0.3重量％至3重量％的有机纤维。在其它实施方案中，基于干燥涂层中的总固体含量计，示例性涂料组合物可包含55重量％至75重量％的无机填料，25重量％至45重量％的无机粘结剂和0.9重量％至1.5重量％的有机纤维。
如先前所提及，可以将示例性涂料组合物施加到基底的第一主表面以形成示例性阻火制品，该阻火制品可以用作防护装置或系统，诸如热/火焰屏障。在一个示例性方面，该耐火制品将能够在没有由高能量热失控事件引起的穿孔的情况下承受高温(例如大于750℃，优选大于1000℃，或更优选大于1200℃)颗粒喷射。令人惊讶地，短切有机纤维可减少或消除示例性固化无机涂层在高温下的开裂。
示例性涂料组合物可通过喷涂、涂漆、丝网印刷等施加。示例性涂料组合物可以是溶剂基涂料或水基涂料，优选水基涂料组合物。
在一些实施方案中，示例性涂料组合物可在没有支撑材料的情况下以平面构型进行涂覆和干燥以形成示例性阻火制品。该示例性阻火制品可结合到可燃储能装置中或包裹在可燃储能装置周围，该可燃储能装置诸如为例如可见于混合动力或电动车辆或其它电动运输应用或位置中的锂离子电池单元、模块或组。在其它应用中，示例性阻火制品可以用作该易燃储能装置的盖/包装衬里。示例性储能装置可用于电池存储应用，诸如电网能量存储、家庭能量存储、工业能量存储等中。
当示例性阻燃材料用于电动车辆电池组中时，其目的是防止或减缓火进入车辆的乘客舱，以允许车辆乘员有足够的时间离开车辆。类似地，当示例性阻燃材料用于其它电池存储应用中时，目的是防止或减缓由电池故障事件导致的火蔓延至周围结构，因此减轻或减缓对周围结构的损坏。
在一些方面，示例性涂层可涂覆在基底上(诸如在二维基底的至少一部分上的均匀层，所述二维基底诸如为阻燃纸(诸如无机纸或基于云母的纸)、无机织物、阻燃板(诸如无机纤维板或云母板或片材)、或包含上述材料中的一种或多种的阻燃层合体或多层材料)以形成示例性阻火制品，该示例性阻火制品可结合到可燃储能装置中或包裹在可燃储能装置周围，该可燃储能装置诸如为例如可见于混合动力或电动车辆或其它电动运输应用或位置中的锂离子电池单元、模块或组。在一个可供选择的方面，可将示例性涂层涂覆在基底上，诸如如前所述的在三维基底的至少一部分上的均匀层，以形成阻燃制品。
在一些实施方案中，二维基底可以是热绝缘和电绝缘的，并且呈无机绝缘纸或板的形式，诸如在全文并入本文的PCT公布号WO 2020/023357中所描述的。可将多个片材(即，无机纸层的层片或子层)湿层合和压制，以得到热绝缘和电绝缘的无机板材或多层纸材。术语“纸”是指具有足够柔韧性以便围绕3英寸芯轴弯曲的柔性单层或多层材料。术语“板”是指可挠曲但不能包裹在芯轴周围的相对刚性的材料。
示例性无机织物可以包括E-玻璃纤维、R-玻璃纤维、ECR-玻璃纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、硅酸盐纤维、Nextel纤维、钢丝或它们的组合。无机织物中的纤维可以经化学处理。织物例如可以是织造或非织造垫、毛毡、布料、针织织物、缝编织物、钩编织物、交织织物或它们的组合。
示例性多层材料可包括至少一层和至少第二层，该至少一层包含无机颗粒或无机纤维或它们的组合，该至少第二层包含阻燃泡沫非织造垫或其它多孔材料；呈膜或非织造材料形式的阻燃织物材料或阻燃聚合物材料。包含无机颗粒或无机纤维的该至少一层的无机纤维可以选自以下项的组：E-玻璃纤维、S-玻璃纤维、R-玻璃纤维、ECR-玻璃纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、多晶纤维、硅酸盐纤维、氧化铝纤维、二氧化硅纤维、碳纤维、碳化硅纤维、硼硅酸盐纤维或它们的组合。更具体地，纤维材料可包括退火的熔化形成的陶瓷纤维、溶胶-凝胶形成的陶瓷纤维、多晶陶瓷纤维、氧化铝-二氧化硅纤维、玻璃纤维(包括退火的玻璃纤维或非生物持久性纤维)。无机织物可以例如是非织造垫、缝编垫、针刺垫、使用无机粘结剂或聚合物粘结剂(两者在下文更详细地描述)的化学粘结垫或热粘结垫(单组分或双组分纤维或粉末)或它们的组合。如果其它纤维承受在锂离子电池或其它高能电池的热事件中产生的高温，则这些纤维也是可能的。
在另外的其它应用中，示例性涂料组合物可直接施加到电池模块或电池组的部件，诸如电池组的铝盖。
本发明的示例性阻火制品应防止热量从发生故障的单元或模块流到相邻的单元或模块或流到乘客仓。例如，当在材料的一侧暴露于高温时，示例性阻火制品应跨材料提供高热梯度或温度降低。在替代方案中，示例性阻火制品可以用作电动车辆电池组中的热屏障包裹或热屏障盖，其可以防止或降低热流从电池组中流出的速率。
上述任何示例性阻火制品还可包括设置在基底或涂覆表面上的粘合剂层，以将阻火制品附接至需要保护的表面，诸如附接至电池组或模块的盖的内表面。用于粘合剂层的粘合剂可以是压敏粘合剂、半结构B阶混合粘合剂或热固性粘合剂，以将阻燃制品粘结至表面。粘合剂可选自丙烯酸系粘合剂、环氧树脂粘合剂、有机硅粘合剂、金属硅酸盐粘合剂或类似粘合剂的家族。
在本发明的一些方面，可将压敏粘合剂粘结到干燥的涂料组合物的表面以将干燥的涂料组合物粘附到其它基底。在其它实施方案中，可利用可固化粘合剂诸如硅酸钠、环氧树脂、有机硅或类似粘合剂以将该干燥的涂料组合物粘结到其它基底。
本发明可适当地包含所公开或所述的元件中的任一种，由其组成或基本上由其组成。如本文所用，术语“基本上由……组成”不排除存在未显著影响给定组合物或产物的所需特性的附加材料。
例如，根据本发明的示例性涂料组合物可基本上由无机填料、无机粘结剂和短切有机纤维组成。该示例性涂料组合物可进一步包含另外的材料，诸如消泡剂、表面活性剂、流变改性剂、成形助剂、pH调节材料或它们的组合，这些不显著影响固化的涂料组合物或包括设置在产品基底表面上的示例性涂层的耐火制品的所需特性。该涂料组合物的无机填料、无机粘结剂和短切有机纤维可以是以上以任何建议的组合提供的任何材料。
在阅览本发明的说明书之后，本发明可适用的各种修改、等效工艺以及多种结构将对本发明所属领域的技术人员是显而易见的。
实施例
这些实施例仅为了进行示意性的说明，并非旨在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明，否则实施例以及说明书的余下部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。
测试方法
机械性能
在85℃/85％相对湿度下老化28天之前和之后，在Insight 5拉伸试验机上使用略微改进的ASTM D790 3点挠曲测试测量涂覆的玻璃布样品的挠曲性能。在测试之前，将老化的样品在110℃的烘箱中干燥1小时。支承体之间的跨度为25.4mm并且夹头速度为5.1mm/min。测得的挠曲性能以相对于对照材料(CE 1)的变化百分比示于表3中并示于表5中。
防暴测试
测试测试样本对热颗粒爆炸的抵抗力以模拟热逸溃条件下的电动车辆高能电池。高能量电池不仅燃烧颗粒，而且爆破颗粒，该颗粒也可以在它们的燃烧高温下侵蚀通过材料。
将样本用1200℃火焰平衡后，使样本经受一系列持续10秒的喷砂，接着是5秒的静止时间。用25psi压缩空气压力源在基底处喷砂；砂粒为120号氧化铝非成形介质。重复这些具有5秒静止的10秒爆破(连续施加火焰)，直到火焰和砂砾穿过测试样本为止。测试样本片材构造的涂层侧朝向热颗粒爆破定向。记录在刺穿整个构造之前所经受的爆炸次数并示出于表4中。
材料
1硅酸钾溶液(MR>3.2；29％固体)，购自PQ公司(美国宾夕法尼亚州福吉谷)(PQ Corporation(Valley Forge,PA,USA).)。
6硅酸钾溶液(2.6<MR≤3.2；39.2％固体)，购自PQ公司(美国宾夕法尼亚州福吉谷)。
硅酸钠(KSS)溶液(2.6<MR≤3.2；42.7％固体)，购自PQ公司(美国宾夕法尼亚州福吉谷)。
NALCO 2327胶体二氧化硅(40.0％固体)，购自纳尔科化学公司(美国伊利诺伊州内珀维尔)(Nalco Chemical Company(Naperville,IL,USA))
P水洗高岭土，可购自卡明有限公司(美国佐治亚州梅肯市)(KaminLLC(Macon,GA,USA))。
聚(乙烯醇)纤维，NYCON-PVA RMS702短切聚乙烯醇纤维，24微米直径，6mm长，购自耐抗公司(美国宾夕法尼亚州费尔利斯山)(Nycon Corporation(Fairless Hills,PA,USA))。
聚丙烯纤维，Nycon ProCon M短切聚丙烯纤维，38微米直径，19mm长，购自耐抗公司(美国宾夕法尼亚州费尔利斯山)。
尼龙纤维，Nycon RC尼龙纤维，9微米直径，3mm长，购自耐抗公司(美国宾夕法尼亚州费尔利斯山)。
Unifrax E-玻璃微纤维(6微米直径，6mm长)，购自奇耐联合纤维(美国纽约州托纳旺达)(Unifrax(Tonawanda,NY,USA))。
Suzorite 20S金云母(1300微米中值粒度)，购自英格瓷公司(加拿大魁北克布谢维尔)(Imerys(Boucherville,Quebec,CA))。
Suzorite 200HK金云母粉末(60微米中值粒度)，购自英格瓷公司(加拿大魁北克布谢维尔)。
E-玻璃布-76g/m2基重，0.072mm厚，购自JPS复合材料公司(南卡罗莱纳州安德森)(JPS Composite Materials(Anderson,SC))。
涂料组合物的制备
将所有固体组分加入到混合容器中并手动混合。然后添加无机粘结剂并手动混合，直至所得浆液或糊剂中的固体充分润湿。然后将混合物在FlackTek高速混合器中以3,000rpm混合2分钟。各涂料组合物的组呈提供于表1中。
表1.湿涂料组合物中的示例性涂料组合物
注意：由于PVA纤维和玻璃纤维的密度不同，所以Ex.3(0.6重量％的PVA纤维)的纤维体积分数与Ex.6(1.2重量％的玻璃纤维)的纤维体积分数大致相同。
将实施例Ex.1至Ex.4和比较例CE 1至CE 5的涂料组合物涂覆到薄的e-玻璃布上并在100℃下干燥68小时。干燥组合物的涂层重量为约1400g/m2。
将实施例Ex.5、Ex.6、Ex.7、Ex.9、Ex.10和Ex.11涂覆到剥离衬垫上并在120℃下干燥16小时。Ex.5和Ex.6的涂层重量为约1700g/m2。Ex 7的涂层重量为约1300g/m2。Ex 9的涂层重量为约2600g/m2。Ex 10的涂层重量为约1400g/m2，并且Ex 11的涂层重量为约1300g/m2。
将实施例Ex.8的涂料组合物涂覆到阻燃纸，诸如PCT公布号WO 2020/023357中描述的阻燃纸上。Ex.8的涂层重量(不包括阻燃纸)为2000g/m2。
表2.干燥涂层中的示例性涂料组合物以重量百分比提供
| 实施例 | 粘结剂 | 填料 | 纤维 |
| CE 1 | 28.7 | 71.3 | |
| CE 2 | 27.8 | 72.2 | |
| CE 3 | 28.7 | 69.3 | 2.0 |
| CE 4 | 27.0 | 72.1 | 0.8 |
| CE 5 | 27.0 | 72.6 | 0.4 |
| CE 6 | 41.1 | 58.8 | |
| Ex.1 | 28.7 | 70.8 | 0.5 |
| Ex.2 | 28.7 | 70.3 | 1.0 |
| Ex.3 | 28.7 | 69.3 | 2.0 |
| Ex.4 | 28.7 | 70.3 | 1.0 |
| Ex.5 | 43.1 | 56.8 | 0.1 |
| Ex.6 | 40.0 | 53.8 | 6.1 |
| Ex.7 | 60.2 | 38.0 | 1.8 |
| Ex.8 | 21.7 | 78.2 | 0.1 |
| Ex.9 | 17.0 | 82.9 | 0.1 |
| Ex.10 | 41.1 | 58.4 | 0.5 |
| Ex.11 | 41.1 | 57.3 | 1.6 |
表3.与不含纤维填料的比较例CE 1相比示例性涂料组合物的挠曲性能
注意：纤维重量百分比以湿涂料组合物中纤维的量给出。
从表3中可以看出，相对于对照样品CE 1，向涂料组合物中添加PVA纤维改善了涂料组合物的挠曲模量和断裂挠曲应力，并且还高于包含玻璃纤维(Ex5)的涂料组合物的挠曲模量和断裂挠曲应力。另外，湿度老化数据显示，玻璃纤维组合物的挠曲模量和断裂挠曲应力与对照大致相同，而PVA纤维的这些性能继续大于对照(或玻璃纤维)的那些性能。添加任一种类型的纤维不会增加断裂挠曲应变。
表4.示例性涂料组合物的防爆性测试
| 实施例 | 涂层重量(g/m2) | 经受喷爆 | 观察 |
| CE 2 | 1301 | 11 | |
| Ex.4 | 1392 | 12 | |
| CE 4 | 1308 | 8 | |
| CE 5 | 1185 | 7 | |
| CE 6 | 1516 | 16 | 当暴露于热时开裂 |
| Ex.10 | 1432 | 9 | 当暴露于热时开裂 |
| Ex.11 | 1309 | 11 | 当暴露于热时没有开裂 |
表4中的实施例Ex.4与比较例CE 2、CE 4和CE 5的比较显示有机纤维的添加没有不利地影响经受的爆炸的数目。因此，已经发现向示例性无机涂层中添加有机纤维增强了涂层的挠曲性能，同时保持良好的防爆性和耐热性。
表5.示例性涂料组合物的挠曲性能和它们相对于比较例CE 6的值
注意：纤维重量百分比以湿涂料组合物中纤维的量给出。
虽然比较例CE 6在暴露于热时具有开裂的趋势，但是实施例Ex.10(Ex.10的组成与CE6的组成基本上相同，不同的是Ex.10在干燥涂层中包含0.5wt％的有机纤维)具有增加的挠曲模量。然而，Ex.10的样品在暴露于高温(约1200℃)时仍然开裂。如Ex.11所提供，将干燥涂层中的有机纤维增加至1.6重量％，表明添加适当水平的有机纤维可防止在暴露于高温时开裂，同时还提供良好的防爆性。
因此，有机纤维提高了这些无机涂层的挠曲模量和强度两者。令人惊奇的是，在这些无机体系中掺入有机纤维已经证明在远超过有机纤维热稳定性的温度下具有意想不到的抗高温、防爆性能。另外，尽管有机纤维远超过它们的热稳定性极限，有机纤维还可降低一些无机涂层在高温下开裂的趋势。
Claims (23)
1.一种涂料组合物，所述涂料组合物包含：
无机填料；
无机粘结剂，以及
短切有机纤维。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述无机填料是以下中的一种：高岭土、偏高岭土、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母、蒙脱土、蒙皂石、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、粉煤灰、热解法二氧化硅、硅灰、波特兰水泥和混凝土混合物。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述无机填料是包含至少两种填料的无机填料的混合物，所述至少两种填料选自高岭土、偏高岭土、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母、蒙脱土、蒙皂石、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、粉煤灰、热解法二氧化硅、硅灰、波特兰水泥和混凝土混合物。
4.根据权利要求1至3所述的涂料组合物，其中所述无机填料是高岭土和云母的混合物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述无机粘结剂可包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的涂料，其中所述碱金属硅酸盐是具有式M2SiO3的碱金属偏硅酸盐，其中M是Na、K或Li。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的涂料，其中所述碱金属硅酸盐是具有式M2O(SiO2)n·H2O的聚硅酸盐，其中M选自Li、Na或K，并且n是1至15，优选2至9的整数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述有机纤维包括聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、共混聚烯烃纤维、聚烯烃共聚物纤维和尼龙纤维。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述有机纤维由聚乙烯醇纤维组成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述无机填料占所述涂料组合物的35重量％至85重量％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述无机粘结剂占所述涂料组合物的15重量％至60重量％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述有机纤维占所述涂料组合物的0.1重量％至6.5重量％。
13.一种耐火制品，其中已将根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物施加到基底的平坦表面。
14.根据权利要求13所述的耐火制品，其中所述耐火制品能够在没有由高能量热失控事件引起的穿孔的情况下承受高温(1200℃)颗粒喷射。
15.根据权利要求13或14中任一项所述的耐火制品，其中所述基底是玻璃布、玄武岩布、云母板、耐火无机纸或板以及另一种耐高温材料中的一种。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的耐火制品，其中已将根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物施加到基底的三维表面。
17.根据权利要求16所述的耐火制品，其中所述三维表面是用于电池组的铝盖的内表面。
18.根据权利要求16所述的耐火制品，其中所述三维表面是三维阻燃成型纸制品或三维云母制品。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的耐火制品，还包括设置在固化的涂覆表面上的压敏粘合剂，所述固化的涂覆表面设置在所述基底上。
20.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述短切有机纤维将由所述涂料组合物形成的固化涂层的模量提高至少24％。
21.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述短切有机纤维将由所述涂料组合物形成的固化涂层的断裂应力提高至少24％。
22.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述涂料组合物基本上由所述无机填料、无机粘结剂和有机纤维组成。
23.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中当将所述固化涂层加热至高温时，所述涂料组合物中的所述短切有机纤维减少所述固化涂层的开裂。
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