CN117986863A - 一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫 - Google Patents

Abstract

本发明属于防火隔热技术领域，具体涉及一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，按重量份由50‑100份热塑性高分子基胶、3‑10份无机纤维及60‑90份可陶瓷化填充料组分组成。本技术方案是为了提升动力电池系统和储能系统的热安全防护材料性能，克服现有云母材料或者气凝胶材料一次性热固成型，材料无法返工修补的问题，同时一并解决高温隔热性能差、密度大、易破碎等性能缺陷。与目前使用的云母材料和硅胶基可陶瓷化材料相比，材料的常温力学性能和耐候性能获得大幅度提升，使得装配与使用的成本大大降低。

Description

一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫

技术领域

本发明属于防火隔热技术领域，应用于新能源汽车，储能电池、防隔热材料，复合材料、防火材料、电芯间防火等领域，具体涉及一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫。

背景技术

目前，以锂电池为代表的动力电池系统和其它形式的分布式储能系统已经在全球拥有了超过100GWh的装机量。与此同时，由锂电池所带来的热失控风险，也因为应用规模的扩大而增长，近年来电池相关的火灾事件发生得越来越频繁。

在当前的技术条件下，储能系统的防火主要是通过使用云母、气凝胶和超级棉等材料进行防护。这些材料一个共同的特点就是热固性成型，在后续的使用或者维护过程中，一旦发生损坏，就只能全部更换。对于很多使用高性能胶粘剂来固定防火零件的方案来说，更换受损的防火零件是非常复杂和昂贵的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，使用热塑型树脂材料与短切纤维、可陶瓷化填料共混的复合材料，来取代现有的云母等热失控防护材料，使得防火隔热材料使用热压模具进行近净成型和焊接，大大降低生产成本。

为实现上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：

一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，按重量份由以下组分组成：

热塑性高分子基胶 50-100份；

无机纤维 3-10份；

可陶瓷化填充料 60-90份。

优选的，热塑性高分子胶为聚酰亚胺、聚苯硫醚或聚醚酮中的一种。

优选的，无机纤维为可溶性铝酸盐纤维或碳纤维。

优选的，可陶瓷化填充料按重量份由以下组分组成：

优选的，在被加热超过500-600℃时，受热位置会发生陶瓷化反应，生成琉璃状的准陶瓷化混合物，并且在发生陶瓷化反应时，不产生明显的裂纹和体积变化。

优选的，在被加热到软化温度以上时，受热位置会发生软化，并且可以与其它被加热软化的同样材质物料发生融合焊接。

优选的，其制备方法采用以下步骤：

S1、在开炼机中，将热塑性高分子基胶加热至软化熔融，然后将可陶瓷化填充料缓慢加入到已经熔融的热塑性高分子基胶中并混合均匀，形成混合膏体；

S2、在捏合机中，向步骤S1中的混合膏体加入无机纤维并捏合混合到均匀的混合物料；

S3、将步骤S2中的混合物料在压延线上制备成片材；

S4、将片材料经过冲切剪裁至预定形状后放入成型模具中，经过热压得到产品毛坯；

S5、对产品毛坯进行机加工后得到最终产品。

本发明的有益效果是；

本技术方案是为了提升动力电池系统和储能系统的热安全防护材料性能。克服现有云母材料或者气凝胶材料一次性热固成型，材料无法返工修补的问题，同时一并解决高温隔热性能差、密度大、易破碎等性能缺陷。

本技术方案是利用聚酰亚胺类耐高温可塑性树脂的高温特性，使得材料软化发生在锂电池的正常工作温度以上约200℃，并且一旦发生热失控，因为区域温度会迅速上升达到陶瓷化反应发生的范围，所以可以使用可塑性材料来制作防火隔热材料。

本技术方案的材料与目前使用的云母材料和硅胶基可陶瓷化材料相比，材料的常温力学性能和耐候性能获得大幅度提升，使得装配与使用的成本大大降低。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

本技术方案是针对锂电池系统热失控的温度特点，使材料的热塑加工工作温度在350℃到400℃的温度区间。在正常的电池工作状态下，本发明的材料不会发生软化而失去机械强度。而在发生热失控的情况下，本发明的材料在500℃范围即可发生陶瓷化发应，变成坚韧的陶瓷化材料。即：在现有的锂电池热失控场景下，本材料可以一直具有足够的机械性能与防护能力。

实施例1

一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，厚度为1.0mm，该可陶瓷化复合材料防火垫使用100份醚酐型TPI聚酰亚胺作为基胶，无机纤维为10份初始长度小于5mm的可溶性铝硅酸盐及60份可陶瓷化填充料，本实施例的可陶瓷化填充料由11份氢氧化铝纳米粉、16份凹凸棒土、5份气相白炭黑、8份碳酸钙及12份空心玻璃微珠组成。

具体制备工艺为：

1)先将可陶瓷化填充料按配方在混粉机内进行充分预混，然后在造粒机中造粒为D50约50微米的准球状颗粒。

2)将造粒后的颗粒与可溶性铝硅酸盐纤维在V型混料机里进行充分混合，得到填充料A。

3)将填充料A在开炼机中加入300℃-350℃熔融的聚酰亚胺中快速混合均匀，随后挤出，冷却，待用。

4)在压延机上加工可陶瓷化防火垫。

实施例2

一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，厚度为1.0mm，该可陶瓷化复合材料防火垫使用50份醚酐型TPI聚酰亚胺作为基胶，无机纤维为3份初始长度小于5mm的可溶性铝硅酸盐及90份可陶瓷化填充料，本实施例的可陶瓷化填充料由20份氢氧化铝纳米粉、10份凹凸棒土、8份气相白炭黑、10份碳酸钙及10份空心玻璃微珠组成。

具体制备工艺为：

1)先将可陶瓷化填充料按配方在混粉机内进行充分预混，然后在造粒机中造粒为D50约50微米的准球状颗粒。

2)将造粒后的颗粒与可溶性铝硅酸盐纤维在V型混料机里进行充分混合，得到填充料B。

3)将填充料B在开炼机中加入300℃-350℃熔融的聚酰亚胺中快速混合均匀，随后挤出，冷却，待用。

4)在压延机上加工可陶瓷化防火垫。

实施例3

一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，厚度为1.0mm，该可陶瓷化复合材料防火垫使用75份醚酐型TPI聚酰亚胺作为基胶，无机纤维为8份初始长度小于5mm的可溶性铝硅酸盐及75份可陶瓷化填充料，本实施例的可陶瓷化填充料由10份氢氧化铝纳米粉、13份凹凸棒土、20份气相白炭黑、12份碳酸钙及20份空心玻璃微珠组成。

具体制备工艺为：

1)先将可陶瓷化填充料按配方在混粉机内进行充分预混，然后在造粒机中造粒为D50约50微米的准球状颗粒。

2)将造粒后的颗粒与可溶性铝硅酸盐纤维在V型混料机里进行充分混合，得到填充料C。

3)将填充料C在开炼机中加入300℃-350℃熔融的聚酰亚胺中快速混合均匀，随后挤出，冷却，待用。

4)在压延机上加工可陶瓷化防火垫。

实施例4

一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，厚度为1.0mm，该可陶瓷化复合材料防火垫使用60份聚苯硫醚作为基胶，无机纤维为10份初始长度小于5mm的碳纤维及70份可陶瓷化填充料，本实施例的可陶瓷化填充料由15份氢氧化铝纳米粉、22份凹凸棒土、10份气相白炭黑、10份碳酸钙及15份空心玻璃微珠组成。

具体制备工艺为：

1)先将可陶瓷化填充料按配方在混粉机内进行充分预混，然后在造粒机中造粒为D50约50微米的准球状颗粒。

2)将造粒后的颗粒与可溶性铝硅酸盐纤维在V型混料机里进行充分混合，得到填充料D。

3)将填充料D在开炼机中加入300℃-350℃熔融的聚酰亚胺中快速混合均匀，随后挤出，冷却，待用。

4)在压延机上加工可陶瓷化防火垫。

实施例5

一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，厚度为1.0mm，该可陶瓷化复合材料防火垫使用80份聚醚酮作为基胶，无机纤维为10份初始长度小于5mm的可溶性铝硅酸盐及80份可陶瓷化填充料，本实施例的可陶瓷化填充料由15份氢氧化铝纳米粉、22份凹凸棒土、18份气相白炭黑、12份碳酸钙及20份空心玻璃微珠组成。

具体制备工艺为：

1)先将可陶瓷化填充料按配方在混粉机内进行充分预混，然后在造粒机中造粒为D50约50微米的准球状颗粒。

2)将造粒后的颗粒与可溶性铝硅酸盐纤维在V型混料机里进行充分混合，得到填充料E。

3)将填充料E在开炼机中加入300℃-350℃熔融的聚酰亚胺中快速混合均匀，随后挤出，冷却，待用。

4)在压延机上加工可陶瓷化防火垫。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，其特征在于，按重量份由以下组分组成：

热塑性高分子基胶 50-100份；

无机纤维 3-10份；

可陶瓷化填充料 60-90份。

2.根据权利要求1所述的热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，其特征在于，热塑性高分子胶为聚酰亚胺、聚苯硫醚或聚醚酮中的一种。

3.根据权利要求1所述的热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，其特征在于，无机纤维为可溶性铝酸盐纤维或碳纤维。

4.根据权利要求1所述的热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，其特征在于，可陶瓷化填充料按重量份由以下组分组成：

5.根据权利要求1所述的热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，其特征在于，在被加热超过500-600℃时，受热位置会发生陶瓷化反应，生成琉璃状的准陶瓷化混合物，并且在发生陶瓷化反应时，不产生明显的裂纹和体积变化。

6.根据权利要求1所述的热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，其特征在于，在被加热到软化温度以上时，受热位置会发生软化，并且可以与其它被加热软化的同样材质物料发生融合焊接。

7.根据权利要求1所述的热塑性可陶瓷化复合材料防火垫，其特征在于，其制备方法采用以下步骤：

S1、在开炼机中，将热塑性高分子基胶加热至软化熔融，然后将可陶瓷化填充料缓慢加入到已经熔融的热塑性高分子基胶中并混合均匀，形成混合膏体；

S2、在捏合机中，向步骤S1中的混合膏体加入无机纤维并捏合混合到均匀的混合物料；

S3、将步骤S2中的混合物料在压延线上制备成片材；

S4、将片材料经过冲切剪裁至预定形状后放入成型模具中，经过热压得到产品毛坯；

S5、对产品毛坯进行机加工后得到最终产品。