DE102018130402A1 - Wärmeisolierfolie und verfahren zur herstellung derselben, elektronische vorrichtung und batterieeinheit - Google Patents

Wärmeisolierfolie und verfahren zur herstellung derselben, elektronische vorrichtung und batterieeinheit Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie verwendet, das umfasst: Bilden eines Verbundstoffs, umfassend ein Imprägnieren eines Vliesstoffs mit einem basischen Sol, das durch Zugeben eines Kohlensäureesters zu einer Wasserglaszusammensetzung hergestellt wird, um einen Hydrogel-Vlies-Verbundstoff zu bilden; Oberflächenmodifizieren, umfassend ein Mischen des Verbundstoffs mit einem Silyliermittel zur Oberflächenmodifikation; und Trocknen, umfassend ein Entfernen von Flüssigkeit, die im Verbundstoff enthalten ist, durch Trocknen bei einer Temperatur, die niedriger als eine kritische Temperatur der Flüssigkeit ist, unter einem Druck, der niedriger als ein kritischer Druck der Flüssigkeit ist. Es wird eine Wärmeisolierfolie verwendet, die ein Aerogel und einen Vliesstoff umfasst, wobei die Wärmeisolierfolie bei 0,30 bis 5,0 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wärmeisolierfolie und ein Verfahren zur Herstellung der Wärmeisolierfolie sowie eine elektronische Vorrichtung und eine Batterieeinheit, welche die Wärmeisolierfolie verwenden. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine hochfeste Wärmeisolierfolie und ein Verfahren zur Herstellung der Wärmeisolierfolie sowie eine elektronische Vorrichtung und eine Batterieeinheit, welche die Wärmeisolierfolie verwenden
  • Stand der Technik
  • Zum zuverlässigen Regeln von Wärmefluss von Wärme erzeugenden Teilen in einem kleinen Raum und Erreichen von Schutz vor und Verhütung von Feuerausbreitung für Produkte bestand auf dem Gebiet von Vorrichtungen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und in der Industrie ein Bedarf an Wärmeisolierfolien mit besseren Komprimierungscharakteristiken und hoher Performance. Solche Wärmeisolierfolien sollen zum Beispiel in Zellenseparatoren in Lithiumionenbatteriemodulen zur Anwendung kommen.
  • Der Sicherheitsstandard für Lithiumionenbatterien erfordert einen Feuerexpositionstest. Der Feuerexpositionstest ist ein Testverfahren, wobei zugelassen wird, dass eine Zelle in einem Batteriemodul thermischem Durchgehen ausgesetzt wird, und dann bestimmt wird, ob Entflammung oder Bruch infolge von Wärmeausbreitung zu anderen Zellen, einschließlich der benachbarten Zelle, stattfindet. Eine Sicherheitskonstruktion, welche Ausbreitung von thermischem Durchgehen zu den benachbarten Zellen blockieren soll, umfasst die Einbeziehung eines Materials mit ausgezeichneten Wärmeisoliereigenschaften zwischen Zellen. Es ist theoretisch möglich, Wärmeausbreitung und Feuerausbreitung durch Verwenden eines dickeren Materials bis zu einem gewissen Grad zu verhindern, selbst wenn das Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • Batteriemodule werden jedoch in Vorrichtungen angeordnet, welche den Platz zum Einbau einschränken und Größenbeschränkung erfordern. Demnach müssen Feuerausbreitungsbeständigkeit und Verkleinerung in Kombination mit höherer Kapazität für Module erreicht werden, was eine schwierige Aufgabe darstellt.
  • Um dieselben zusammen zu erreichen, sind dünne Materialien mit hoher Wärmeisolierung für Zellenseparatoren erwünscht. Angesichts der Expansion von Zellen aufgrund der Degradation und Quellung aktiver Materialien während der Lade-/Entladezyklen für eine Batterie werden Wärmeisolierfolien benötigt, um zusätzlich über Beständigkeit gegen Druckverformung zu verfügen. Bei der Erstmontage eines Batteriemoduls wird eine verhältnismäßig geringe Last von 1 MPa oder weniger auf eine Wärmeisolierfolie als Zellenseparator aufgebracht. Andererseits kann bei Quellung einer Batterie eine Last von bis zu 5 MPa auf die Wärmeisolierfolie aufgebracht werden. Demgemäß ist es wichtig, Komprimierungscharakteristiken bei der Materialausführung für Wärmeisolierfolien zu berücksichtigen.
  • Silica-Aerogel ist als eine Substanz mit geringer Wärmeleitfähigkeit bekannt. Silica-Aerogel besteht aus einer Netzwerkstruktur, in welcher Silica-Teilchen in der Größenordnung von mehreren Dutzend Nanometern in Punktkontakt verbunden sind, und der mittlere Porendurchmesser gleich wie oder kleiner als die mittlere freie Weglänge von Luft, 68 nm, ist. Dies bedeutet, dass Silica-Aerogel eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die niedriger als die von stillstehender Luft ist. Aus diesem Grund findet Silica-Aerogel als ausgezeichnetes Wärmeisoliermaterial Beachtung. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass Silica-Aerogel hinsichtlich der praktischen Verwendung den Nachteil aufweist, dass die Festigkeiten gegen verschiedene Arten der Verformung, darunter Druck, Biegung und Scherung, extrem gering sind.
  • Die betreffenden Erfinder haben ein Wärmeisoliermaterial in Form einer dünnen und homogenen Folie mit verbesserter Handhabbarkeit entworfen, die durch Bilden eines Verbundstoffs aus einem Silica-Aerogel und einem Vliesstoff verliehen wird ( Japanisches Patent Nr. 6064149 ). Diese dünne Wärmeisolierfolie weist eine ausgezeichnete Handhabbarkeit auf und ist verhältnismäßig biegesteif.
  • Andererseits wurde ein selbststehendes hartes Verbundmaterial unter Verwendung von Aerogel als ein hochfestes Wärmeisoliermaterial entwickelt, wobei das Verbundmaterial durch Formen eines Schlamms mit einem hydrophoben Aerogel-Teilchen, einem anorganischen Bindemittel, wie beispielsweise Zement, Gips und Kalk, einem Tensid, einer Faser und so weiter in einem Behälter und Trocknen des Schlamms erhalten wird ( Japanisches Patent Nr. 5934400 ).
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wenn jedoch eine herkömmliche Wärmeisolierfolie für eine Batteriezelle oder dergleichen in einer sandwichartigen Weise verwendet wird, wird das Aerogel zusammengedrückt und erfährt insbesondere unter einer hohen Last Druckverformung, und die Wärmeisolierwirkung wird in einigen Fällen ungünstiger Weise erheblich mehr verringert als unter einer niedrigen Last.
  • Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Wärmeisolierfolie, die selbst unter einer hohen Last angewendet werden kann, und eines Verfahrens zur Herstellung der Wärmeisolierfolie sowie einer elektronischen Vorrichtung und einer Batterieeinheit, welche die Wärmeisolierfolie verwenden.
  • Problemlösung
  • Um das zuvor erwähnte Problem zu lösen, wird ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie verwendet, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Verbundstoffs, umfassend ein Imprägnieren eines Vliesstoffs mit einem basischen Sol, das durch Zugeben eines Kohlensäureesters zu einer Wasserglaszusammensetzung hergestellt wird, um einen Hydrogel-Vlies-Verbundstoff zu bilden; Oberflächenmodifizieren, umfassend ein Mischen des Verbundstoffs mit einem Silyliermittel zur Oberflächenmodifikation; und Trocknen, umfassend ein Entfernen von Flüssigkeit, die im Verbundstoff enthalten ist, durch Trocknen bei einer Temperatur, die niedriger als eine kritische Temperatur der Flüssigkeit ist, unter einem Druck, der niedriger als ein kritischer Druck der Flüssigkeit ist, wobei die Wärmeisolierfolie bei 0,30 bis 5,0 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger aufweist.
  • Ferner wird eine Wärmeisolierfolie verwendet, wobei die Folie ein Aerogel und einen Vliesstoff umfasst, und die Wärmeisolierfolie bei 0,30 bis 5,0 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger aufweist.
  • Ferner wird eine elektronische Vorrichtung verwendet, wobei die elektronische Vorrichtung die zuvor erwähnte Wärmeisolierfolie aufweist, und wobei die Wärmeisolierschicht zwischen einem elektronischen Teil mit einer Wärmeerzeugungseigenschaft und einem Gehäuse angeordnet ist. Ferner wird eine Batterieeinheit verwendet, wobei die Batterieeinheit die zuvor erwähnte Wärmeisolierfolie umfasst, und wobei die Wärmeisolierfolie zwischen Batterien angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die Wärmeisolierfolie gemäß der vorliegenden Offenbarung weist bei 5 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger auf, was auf Widerstand gegen Druckverformung hinweist, und sie weist bei einem Druck von 5 MPa einen Wärmewiderstand von 0,01 m2K/W oder darüber auf. Daher übt die Wärmeisolierfolie gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Wirkung des Verzögerns von Wärmeleitung aus, was selbst in einer Umgebung von Komprimierung bei hoher Temperatur wirksam funktioniert.
  • Figurenliste
    • 1 stellt chemische Formeln zur Beschreibung des Mechanismus zum Gelieren von Wasserglas durch einen Kohlensäureester in Ausführungsformen dar;
    • 2 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen dar;
    • 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und der Komprimierbarkeit einer Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen;
    • 4 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und dem Wärmewiderstand einer Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen;
    • 5 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und der Wärmeleitfähigkeit einer Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen;
    • 6 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und der Rohdichte einer Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen;
    • 7 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und der spezifischen Oberfläche eines Aerogels in Ausführungsformen;
    • 8 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und dem Porenvolumen eines Aerogels in Ausführungsformen;
    • 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und dem mittleren Porendurchmesser eines Aerogels in Ausführungsformen;
    • 10 veranschaulicht die Beziehung zwischen der SiO2-Konzentration einer Wasserglaszusammensetzung und der Komprimierbarkeit einer Wärmeisolierfolie bei verschiedenen Pressdrücken in Ausführungsformen;
    • 11 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer elektronischen Vorrichtung als ein Anwendungsbeispiel einer Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen; und
    • 12 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Batterieeinheit als ein Anwendungsbeispiel einer Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Die vorliegende Offenbarung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.
  • <Entwurfskonzept der Wärmeisolierfolie>
  • Gegenwärtig sind einige Aerogelverbundstoff-Wärmeisolierfolien bekannt, die aus Silica-Aerogel und einem Vliesstoff bestehen, wobei die Handhabbarkeit der meisten von ihnen zunehmend verbessert wird. Sie bieten jedoch weder eine ausreichende Festigkeit, um Komprimierung bei 5 MPa standzuhalten, noch einen hohen Wärmewiderstandswert, beispielsweise 0,01 m2K/W oder höher, bei Komprimierung.
  • Im Gegensatz dazu ist die Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen eine Wärmeisolierfolie, die aus mindestens zwei Komponenten eines Aerogels hoher Dichte und einem Vliesstoff besteht und eine hohe Festigkeit aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das „Aerogel hoher Dichte“ kompakt und fest in einen leeren Raum gepackt ist, der sich im Körper des Vliesstoffs erstreckt, um einen Verbundstoff zu bilden.
  • Silica-Aerogel bezieht sich im Allgemeinen auf einen porösen Körper aus Silica niedriger Dichte und weist eine Rohdichte von etwa 0,3 g/cm3 auf. Bei der Synthese von Silica-Aerogel werden typischerweise ein Silica-Rohmaterial niedriger Konzentration, wie beispielsweise Alkoxysilan und Wasserglas, und ein Gelbildner, wie beispielsweise Mineralsäure, sowie eine organische Säure verwendet. Bei Verwenden von Wasserglas als Silica-Rohmaterial wird die Silica-Konzentration bei der Aerogel-Synthese herkömmlicherweise auf 6 Gew% oder weniger beschränkt. Der Grund dafür ist, dass Hydrolyse und Dehydrationskondensation von Natriumsilicat schnell fortschreiten, wenn eine Mineralsäure, eine Base, eine organische Säure oder eine andere Substanz als Gelbildner zugegeben wird. Das heißt, dass, wenn die Silica-Konzentration 7 Gew% oder mehr beträgt, die Reaktionsgeschwindigkeit extrem hoch ist, um heterogene Kernbildung zu induzieren, was dazu führt, dass kein homogenes Gel hergestellt wird.
  • Demnach lässt das bestehende Syntheseverfahren für Silica-Aerogel weder hohe Silica-Konzentrationen zu, noch stellt es ein Aerogel hoher Dichte bereit, ohne zu erwähnen, dass ein Verbessern der Festigkeit eines Aerogels, indem dem Aerogel eine höhere Dichte verliehen wird, fehlschlägt. Im Gegensatz dazu kann einem Aerogel in Ausführungsformen durch die Herstellung mit einem Verfahren, das später beschrieben wird, höhere Dichte verliehen werden, und es kann eine Wärmeisolierfolie mit einem Aerogel hoher Dichte und einem Vliesstoff gebildet werden. Das Herstellungsverfahren kann eine Wärmeisolierfolie mit den folgenden physikalischen Eigenschaften bereitstellen.
  • <Komprimierbarkeit der Wärmeisolierfolie>
  • Die Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen weist bei einem Druck von 0,30 MPa bis 5 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger und insbesondere von 30% oder weniger auf. Die Komprimierbarkeit ist ein Wert, der bei einer Messung mit einem Universal-Tisch-Präzisionsprüfgerät (z. B. Autograph AGS-X (hergestellt von der SHIMADZU Corporation)) bestimmt wird.
  • <Wärmewiderstand der Wärmeisolierfolie>
  • Die Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen weist bei einem Druck von 0,30 MPa bis 5 MPa vorzugsweise einen Wärmewiderstand von 0,010 m2K/W oder mehr und insbesondere von 0,015 m2K/W oder mehr auf. Der Wärmewiderstand ist ein Wert, der durch Teilen der Dicke der Wärmeisolierfolie bei einem Druck von 0,30 MPa bis 5 MPa durch die folgende Wärmeleitfähigkeit bestimmt wird.
  • <Wärmeleitfähigkeit der Wärmeisolierfolie>
  • Die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen hängt vom Grad der Komprimierbarkeit und kann nicht eindeutig spezifiziert werden, auch wenn die Wärmeleitfähigkeit 100 mW/mK oder niedriger sein muss. Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Wert, der bei Messung mit einem Wärmeflussmesser bestimmt wird.
  • <Rohdichte der Wärmeisolierfolie>
  • Die Rohdichte der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen beträgt vorzugsweise 0,3 g/cm3 bis 0,5 g/cm3.
  • <Porencharakteristiken eines Aerogels hoher Dichte>
  • Die spezifische Oberfläche des Aerogels hoher Dichte, das die Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen bildet, beträgt vorzugsweise 300 m2/g bis 600 m2/g. Außerdem ist das Porenvolumen vorzugsweise kleiner als 1,5 ml/g. Der mittlere Porendurchmesser des Aerogels hoher Dichte beträgt vorzugsweise 10 bis 70 nm. Die Porencharakteristiken des Aerogels hoher Dichte sind Werte, die bei Messung mit einem hochpräzisen Gas-/Dampfadsorptionsmessgerät bestimmt werden.
  • <Dicke der Wärmeisolierfolie>
  • Die Dicke der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen liegt vorzugsweise im Bereich von 0,03 mm bis 3,0 mm und insbesondere im Bereich von 0,05 mm bis 1,5 mm. Wenn die Dicke der Wärmeisolierfolie kleiner als 0,03 mm ist, kann die Wärmeisolierwirkung in der Dickenrichtung geringer sein. Wärmeübertragung von einer Oberfläche der Wärmeisolierfolie auf die andere Oberfläche in der Dickenrichtung kann nicht ohne Erreichen einer sehr niedrigen Wärmeleitfähigkeit nahe der von Vakuum reduziert werden. Konkret kann die Wärmeisolierwirkung in der Dickenrichtung sichergestellt werden, wenn die Dicke der Wärmeisolierfolie 0,05 mm oder mehr beträgt. Wenn andererseits die Dicke der Wärmeisolierfolie größer als 1,5 mm ist, kann es schwierig sein, die Wärmeisolierfolie in Vorrichtungen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und in der Industrie einzubauen. Insbesondere auf dem Gebiet von Vorrichtungen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen können Dicken von über 3,0 mm den Einbau der Wärmeisolierfolie in eine Vorrichtung verkomplizieren.
  • <Gehalt (Packungsverhältnis) von Aerogel hoher Dichte in der Wärmeisolierfolie>
  • Der Anteil des Aerogels hoher Dichte bezogen auf das Gewicht der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen variiert in Abhängigkeit vom Einheitsgewicht, der Rohdichte und der Dicke des Vliesstoffs zwischen verschiedenen optimalen Bereichen und kann nicht eindeutig spezifiziert werden. Dennoch muss der Anteil des Aerogels hoher Dichte bezogen auf das Gewicht der Wärmeisolierfolie mindestens 50 Gew% oder mehr betragen. Wenn der Anteil niedriger als 50 Gew% ist, ist der Wärmewiderstand niedriger, und außerdem kann die Festigkeit der Wärmeisolierfolie nicht aufrechterhalten werden. Ferner muss der Anteil 80 Gew% oder weniger betragen. Wenn der Anteil höher als 80 Gew% ist, ist die Flexibilität unzureichend, auch wenn der Wärmewiderstand höher ist, und das Aerogel hoher Dichte kann durch wiederholte Verwendung daraus entfernt werden.
  • <Rohmaterial der Wärmeisolierfolie>
  • Es werden nun Rohmaterialspezies des Vliesstoffs und des Aerogels hoher Dichte zum Erhalten der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen beschrieben.
  • (Vliesstoff)
  • - Einheitsgewicht des Vliesstoffs
  • Das Einheitsgewicht des bei der Herstellung der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen zu verwendenden Vliesstoffs beträgt vorzugsweise 5 bis 200 g/m2, um die Mindeststeifigkeit aufrechtzuerhalten, die für einen Träger für das Aerogel hoher Dichte erforderlich ist. Das Einheitsgewicht entspricht dem Gewicht eines Stoffes pro Flächeneinheit.
  • - Rohdichte des Vliesstoffs
  • Um den Gehalt des Aerogels hoher Dichte in der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen für eine weitere reduzierte Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, liegt die Rohdichte des Vliesstoffs vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 500 kg/m3. Um einen Vliesstoff mit einer mechanischen Festigkeit als ein Kontinuum zu bilden, beträgt die Rohdichte vorzugsweise mindestens 100 kg/m3. Wenn die Rohdichte des Vliesstoffs höher als 500 kg/m3 ist, ist das Volumen von Lücken im Vliesstoff kleiner, so dass die zum Packen verfügbare Menge von Aerogel hoher Dichte verhältnismäßig kleiner ist, was wahrscheinlich zu einem niedrigen Wärmewiderstandswert führt.
  • - Material des Vliesstoffs
  • Beispiele für Materialien, die für den Vliesstoff zur Verfügung stehen, der bei der Herstellung der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen verwendet werden soll, umfassen anorganische Fasermaterialien, wie beispielsweise Glaswolle, Glaspapier und Steinwolle; Harzmaterialien, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylensulfid (PPS), Polypropylen (PP) und Polytetrafluorethylen (PTFE); und natürliche Materialien, wie beispielsweise Wolle und Cellulose. Darunter werden anorganische Fasern besonders bevorzugt.
  • (Rohmaterialspezies und Gelbildner zur Synthese von Aerogel hoher Dichte)
  • - Rohmaterialspezies von Aerogel hoher Dichte
  • Ein vielseitiges Silica-Rohmaterial, wie beispielsweise Alkoxysilan und Wasserglas, wird als ein Rohmaterial des Aerogels hoher Dichte verwendet. In Ausführungsformen wird Wasser zu einem Silica-Rohmaterial zugegeben, um das Silica-Rohmaterial in Wasser zu dispergieren und zu lösen, so dass die Silica-Konzentration in einen gewünschten Bereich fällt, und die resultierende Dispersion oder Lösung wird verwendet.
  • Es wird davon ausgegangen, dass Na-Ionen Auswirkungen auf die Bildung einer dichteren oder hochdichten porösen Struktur im Aerogel hoher Dichte haben. Aus diesem Grund wird geeigneter Weise Wasserglas, das Na-Ionen enthält, unter den zuvor erwähnten Silica-Rohmaterialien verwendet. Das heißt, es wird geeigneter Weise eine Wasserglaszusammensetzung verwendet, die durch Dispergieren oder Lösen von Wasserglas in Wasser gebildet wird. Höhere Silica-Konzentrationen werden für die Rohmaterial-Dispersion oder -Lösung (konkret Wasserglaszusammensetzung) zum Synthetisieren des Aerogels hoher Dichte bevorzugt, und die Silica-Konzentration beträgt jeweils vorzugsweise 14 bis 20 Gew%.
  • - Gelbildner und Reaktionsmechanismus davon
  • In Ausführungsformen wird ein Kohlesäureester als Gelbildner zum Gelieren der Rohmaterialspezies verwendet. Es ist allgemein bekannt, dass Kohlesäureester, obwohl er sich in einer sauren Umgebung nicht leicht ändert, unter basischen Bedingungen zu Kohlensäure und Alkohol hydrolysiert wird. In Ausführungsformen wird die durch diese Hydrolyse erzeugte Kohlensäure zur Gelbildung verwendet.
  • Zum Synthetisieren eines neuartigen Aerogels, in welchem eine Zusammensetzung (konkret Wasserglaszusammensetzung) hoher Silica-Konzentration mit einer Silica-Konzentration von 8 Gew% oder mehr homogen geliert wurde, führten die betreffenden Erfinder eine sorgfältige Suche und Prüfung eines Gelbildners durch. Als Ergebnis stellten die betreffenden Erfinder fest, dass Kohlensäureester homogenes Gelieren von Wasserglas-Rohmaterialien hoher Konzentration ermöglichen und daher zur Synthese von Aerogel hoher Dichte geeignet sind.
  • Der Mechanismus zum Gelieren von Wasserglas durch einen Kohlesäureester wird unter Bezugnahme auf die Formeln von chemischen Reaktionen in 1 durch Verwenden von Ethylencarbonat als einem Beispiel beschrieben.
  • Im ersten Schritt wird das Ethylencarbonat 103 als einer der Kohlesäureester zu einer wässrigen basischen Lösung von Natriumsilicat 101 (Wasserglaszusammensetzung) bei einem pH von 10 oder darüber zur Auflösung darin zugegeben. Dann greifen Hydroxy-Ionen 102 im Rohmaterial (Wasserglaszusammensetzung) den Carbonylkohlenstoff des Ethylencarbonats 103 nukleophil an, um die Hydrolyse des Ethylencarbonats 103 zu fördern. Als Ergebnis werden ein Carbonat-Ion (CO3 2-) 104 und Ethylenglycol 105 im System erzeugt.
  • In zweiten Schritt reagieren das Natriumsilicat 101 und das Carbonate-Ion 104 miteinander, um die Dehydrationskondensationsreaktion von Kieselsäure zu fördern. Zu diesem Zeitpunkt wird Natriumcarbonat 107 als Nebenprodukt erzeugt. Bei Entwicklung einer Netzwerkstruktur, die durch Siloxanbindung gebildet wird, verliert die Wasserglaszusammensetzung den flüssigen Zustand und geliert. Somit wird ein Hydrogel 106 erhalten. Der Großteil der Ionen des Natriumcarbonats 107 verbleibt im Hydrogel 106.
  • Wie bereits erwähnt, bewirkt die Verwendung eines Kohlensäureesters als Gelbildner eine Reaktion, die in zwei Schritten abläuft, und ist infolgedessen dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgeschwindigkeiten der Hydrolyse und der Dehydrationskondensationsreaktion des Natriumsilicats 101 gesteuert werden können und eine homogene Gelbildung erreicht werden kann.
  • Spezifische Beispiele des Kohlensäureesters umfassen Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Ethylencarbonat und Propylencarbonat. Jeder Kohlensäureester kann bewirken, dass Silica-Rohmaterialien (Wasserglaszusammensetzung) hoher Konzentration homogen gelieren; ein Kohlensäureester mit einer längeren Alkylkette weist jedoch eine höhere Hydrophobie und infolgedessen eine geringere Wasserlöslichkeit auf. Demgemäß wird vom Gesichtspunkt der Löslichkeit von Kohlensäureester in Wasser und der Reaktionsgeschwindigkeit der Hydrolyse vorzugsweise Dimethylcarbonat oder Ethylencarbonat verwendet, das sich in Wasser verhältnismäßig leicht auflöst.
  • Wenn die Ladung des Kohlensäureesters auf 1,0 bis 10,0 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge des Silica-Rohmaterials (Wasserglaszusammensetzung) festgelegt wird, kann ein homogenes Gel hergestellt werden. Der in Wasser dispergierte oder gelöste Kohlensäureester kann mit der Wasserglaszusammensetzung gemischt werden. Die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung und die Konzentration des Gelbildners beeinflussen die Gelierzeit, und infolgedessen hängt eine mehr bevorzugte Ladung des Kohlensäureesters von denselben ab und beträgt hinsichtlich Produktivität (z. B. Imprägniergeschwindigkeit eines basischen Sols zu einem Vliesstoff, später beschrieben) und Kosten des Gelbildners 3,0 bis 6,0 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge der Wasserglaszusammensetzung. Es ist zu erwähnen, dass der Kohlensäureester kein Lösungsmittel, sondern en Gelbildner ist.
  • <Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie>
  • 2 veranschaulicht das Schema eines Verfahrens zur Herstellung der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen. Im Wesentlichen besteht die Syntheseprozedur aus drei Schritten A bis C.
  • Bilden eines Verbundstoffs (Schritt A):
  • Ein Vliesstoff wird mit einem basischen Sol imprägniert, das durch Mischen der Wasserglaszusammensetzung mit dem Kohlensäureester hergestellt wurde, und das basische Sol wird gelieren gelassen. Anschließend wird der mit dem basischen Sol imprägnierte Vliesstoff sandwichartig zwischen Filmen eingelegt und durch Verwenden einer Doppelwalze oder dergleichen einer Dickenregelung unterzogen, um einen Hydrogel-Vlies-Verbundstoff zu bilden. Dann kann der Hydrogel-Vlies-Verbundstoff nötigenfalls mit Wasser gewaschen werden oder auch nicht.
  • Modifizieren der Oberfläche (Schritt B):
  • Der in Schritt A gebildete Hydrogel-Vlies-Verbundstoff wird zur Oberflächenmodifikation mit einem Silyliermittel gemischt. Es können ein bekanntes Silylierverfahren und ein bekanntes Silyliermittel verwendet werden. Konkret wird ein Verfahren des Eintauchens des Hydrogel-Vlies-Verbundstoffs in eine wässrige Lösung von Chlorwasserstoffsäure, gefolgt von Behandeln des resultierenden Produkts mit einer gemischten Lösung von Siloxan und Alkohol bevorzugt, da das Verfahren eine schnelle Silylierung ermöglicht.
  • Trocknen (Schritt C):
  • Flüssigkeit, die im oberflächenmodifizierten Hydrogel-Vlies-Verbundstoff enthalten ist, der in Schritt B erhalten wird, wird durch Trocknen bei einer Temperatur, die niedriger als die kritische Temperatur der Flüssigkeit ist, unter einem Druck, der niedriger als der kritische Druck der Flüssigkeit ist, entfernt.
  • Wenn der Kohlensäureester in Schritt A als Gelbildner zur Wasserglaszusammensetzung zugegeben wird, wird Natriumcarbonat erzeugt, während die Dehydrationskondensation von Kieselsäure voranschreitet, und das Natriumcarbonat wird gelegentlich in das Gel eingebunden, um ein extrem basisches Hydrogel bereitzustellen. Wenn solch ein Hydrogel in Schritt B in Chlorwasserstoffsäure eingetaucht wird, findet eine Neutralisierungsreaktion zwischen der Chlorwasserstoffsäure und dem Natriumcarbonat statt, um schnell Kohlendioxidgas zu erzeugen. Bei Verwenden eines Vliesstoffs mit einer geringeren Verwirrung der Fasern, wie beispielsweise Glaspapier, kann die Erzeugung von Kohlendioxidgas die Bildung vieler Bläschen in der Faserfolie verursachen. In Anbetracht dessen kann das Natriumcarbonat im Hydrogel durch Waschen mit Wasser vor dem Eintauchen in die Chlorwasserstoffsäure (Schritt B) entfernt werden.
  • Beispiele
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen auf der Basis von Beispielen beschrieben. Die Ausführungsformen sind jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt. Alle Reaktionen wurden in der Atmosphäre durchgeführt.
  • <Bewertung>
  • In Beispielen wurde Ethylencarbonat als Gelbildner verwendet, und Wärmeisolierfolien wurden durch Verwenden verschiedener Silica-Konzentrationen für die Wasserglaszusammensetzung hergestellt. Die Rohdichte, die Wärmeleitfähigkeit, die Komprimierbarkeit und der Wärmewiderstandswert einer jeden der erhaltenen Wärmeisolierfolien wurden auf die folgende Art und Weise bewertet.
  • Die Rohdichte einer jeden der erhaltenen Wärmeisolierfolien wurde aus dem Volumen und dem Gewicht bestimmt. Beim Messen der Wärmeleitfähigkeit einer Wärmeisolierfolie wurde der Wärmeflussmesser HFM 436 Lambda (hergestellt von NETZSCH) verwendet. Beim Messen der Komprimierbarkeit einer Wärmeisolierfolie wurde der Autograph AGS-X (hergestellt von der SHIMADZU Corporation), ein Universal-Tisch-Präzisionsprüfgerät, verwendet.
  • Der Wärmewiderstandswert einer Wärmeisolierfolie wurde durch Teilen der Dicke der Wärmeisolierfolie, die aus der Komprimierbarkeit bei einem Pressdruck von 5 MPa bestimmt wurde, durch die Wärmeleitfähigkeit berechnet.
  • Außerdem wurde die Feinstruktur von Silica-Aerogel (Gelpackungsverhältnis, spezifische Oberfläche, Porenvolumen und mittlerer Porendurchmesser) bewertet. Diese wurden durch Verwenden des hochpräzisen Gas-/Dampfadsorptions-Messgeräts BELSORPmax 42N-VP-P (hergestellt von der MicrotracBEL Corp.) bewertet.
  • Einzelheiten der Beispiele und Vergleichsbeispiele werden im Folgenden beschrieben, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
    Figure DE102018130402A1_0001
  • <Kriterien für das Bestehen>
  • Die Kriterien für das Bestehen bei den Bewertungen waren Folgende.
  • Bewertung der Rohdichte
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien mit einer Rohdichte von 0,3 g/cm3 oder darüber und 0,5 g/cm3 oder darunter bestanden. Wenn die Rohdichte einer Wärmeisolierfolie niedriger als 0,3 g/cm3 ist, erfährt die Wärmeisolierfolie bei Pressung leicht eine Druckverformung. Wenn die Rohdichte einer Wärmeisolierfolie höher als 0,5 g/cm3 ist, ist die Wärmeisolierfolie gegen Druckverformung infolge Pressung beständig, aber die Wärmeleitfähigkeit ist höher, und der Wärmewiderstand ist niedriger. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass mit der Wärmeisolierfolie bei Komprimierung Wärmeausbreitung stattfindet.
  • Bewertung der Wärmeleitfähigkeit
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien mit einer Wärmeleitfähigkeit von 100 mW/mK oder darunter bestanden. Wenn die Wärmeleitfähigkeit einer Wärmeisolierfolie höher als 100 mW/mK ist, ist der Wärmewiderstand niedriger, und infolgedessen ist es wahrscheinlich, dass bei Komprimierung Wärmeausbreitung stattfindet.
  • Gelpackungsverhältnis
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien mit einem Aerogel-Packungsverhältnis von 50 Gew% oder darüber und 80 Gew% oder darunter bestanden. Wenn das Aerogel-Packungsverhältnis niedriger als 50 Gew% ist, erfährt die Wärmeisolierfolie leicht eine Druckverformung, und der Wärmewiderstand wird bei Komprimierung niedriger. Wenn das Aerogel-Packungsverhältnis höher als 80 Gew% ist, ist die Wärmeisolierfolie gegen Druckverformung beständig, aber der Wärmewiederstand kann bei Komprimierung aufgrund des vergrößerten, Wärme übertragenden Feststoffteils niedriger werden.
  • Bewertung der spezifischen Oberfläche
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien bestanden, bei welchen die spezifische Oberfläche von Aerogel 300 m2/g oder größer und 600 m2/g oder kleiner war. Wenn die spezifische Oberfläche von Aerogel in einer Wärmeisolierfolie kleiner als 300 m2/g ist, ist die Wärmeleitfähigkeit höher, und der Wärmewiderstand ist aufgrund des größeren Teilchendurchmessers der den porösen Körper bildenden Teilchen niedriger. Folglich ist es wahrscheinlich, dass Wärmeausbreitung stattfindet. Wenn die spezifische Oberfläche von Aerogel in einer Wärmeisolierfolie dagegen größer als 600 m2/g ist, erfährt die Wärmeisolierfolie bei Komprimierung aufgrund des kleineren Teilchendurchmessers der den porösen Körper bildenden Teilchen leicht Druckverformung. Folglich ist es wahrscheinlich, dass der Wärmewiderstand niedriger wird und Wärmeausbreitung stattfindet.
  • Bewertung des Porenvolumens
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien mit einem kleineren Porenvolumen als 1,5 ml/g bestanden. Wenn das Porenvolumen einer Wärmeisolierfolie 1,5 ml/g größer ist, erfährt die Wärmeisolierfolie bei Komprimierung leicht Druckverformung. Folglich ist es wahrscheinlich, dass der Wärmewiderstand niedriger wird und Wärmeausbreitung stattfindet.
  • Bewertung der Komprimierbarkeit
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien bestanden, die bei 5,0 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder darunter aufwiesen. Um Wärmeausbreitung selbst bei einer hohen Last wirksam zu verhindern, muss eine Wärmeisolierfolie Komprimierung bis zu einem gewissen Grad standhalten, um eine Zunahme des Wärme übertragenden Feststoffteils zu unterbinden. Wenn eine Wärmeisolierfolie bei 5,0 MPa eine Komprimierbarkeit von über 40% aufweist, geht ihre Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Wärmeisolierfolien verloren.
  • Bewertung des Wärmewiderstandswerts
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien bestanden, die bei einem Druck von 5,0 MPa einen Wärmewiderstandswert von 0,01 m2K/W oder darüber aufwiesen. Bei der Bewertung eines Wärmewiderstandswerts muss zur Messung der Wärmeleitfähigkeit eine tatsächliche Last aufgebracht werden. Im konkreten Falle einer hohen Last verursacht Komprimierung jedoch Druckverformung, was die Messung der Wärmeleitfähigkeit bei Komprimierung verkompliziert. In Anbetracht dessen wurde ein Wärmewiderstandswert aus der Dicke einer Wärmeisolierfolie berechnet, die aus der Komprimierbarkeit und einem Wert der Wärmeleitfähigkeit bestimmt wurde, die durch Verwenden des Wärmeflussmesser HFM gemessen wurde, und zur vergleichenden Bewertung verwendet. Bei Auftreten eines niedrigeren Wärmewiderstandswert als 0,01 m2K/W bei 5,0 MPa findet bei Komprimierung wahrscheinlich Wärmeausbreitung statt.
  • Gesamtbewertung
  • Es wurde bestimmt, dass Wärmeisolierfolien, die alle der Kriterien erfüllten, die Gesamtbewertung bestanden.
  • <Beispiel 1>
  • Zu 100 Gewichtsteilen (20,5 g) einer Wasserglaszusammensetzung (Silica-Konzentration: 14 Gew%), die durch Verdünnen eines Wasserglas-Rohmaterials mit destilliertem Wasser hergestellt wurde, wurden 6 Gewichtsteile wässrige Lösung von Ethylencarbonat (weißer Kristall) (Menge von Ethylencarbonat: 1,23 g) zugegeben, und das resultierende Produkt wurde gründlich gerührt, um die Wasserglaszusammensetzung aufzulösen, wodurch ein basisches Sol (im Folgenden auch als „Sol-Lösung“ bezeichnet) hergestellt wurde.
  • Die Sol-Lösung wurde dann auf einen Vliesstoff (Material: Glaspapier, Dicke: 0,63 mm, Einheitsgewicht: 100 g/m2, Abmessungen: 12 cm2) gegossen, um den Vliesstoff mit der Sol-Lösung homogen zu imprägnieren. Der mit der Sol-Lösung imprägnierte Vliesstoff wurde sandwichartig zwischen PP-Filmen (Dicke: 50 µm, zwei Folien) eingelegt, und das resultierende Produkt wurde für 3 Minuten bei Raumtemperatur, 23°C, zum Gelieren des Sols stehengelassen. Nach bestätigtem Abschluss der Gelbildung wurde der imprägnierte Vliesstoff mit den Filmen durch eine Doppelwalze mit einem auf 1,00 mm (inklusive Filmdicke) eingestellten Spalt durchgeführt, um überschüssiges Gel aus dem Vliesstoff herauszupressen, um dadurch die Dicke auf 1,00 mm zu regeln.
  • Anschließend wurden die Filme abgelöst, und die Gelfolie wurde in 6 N Chlorwasserstoffsäure eingetaucht, und dann 10 Minuten lang bei einer normalen Temperatur, 23°C, stehen gelassen, um die Gelfolie Chlorwasserstoffsäure aufnehmen zu lassen. Die Gelfolie wurde dann in eine gemischte Lösung aus Octamethyltrisiloxan als Silyliermittel und 2-Propanol (IPA) eingetaucht und in einem thermostatischen Behälter für 2 Stunden bei 55°C umgesetzt. Als Trimethylsiloxanbindungen gebildet wurden, wurde die Chlorwasserstoffsäurelösung aus der Gelfolie abgesondert, was zu einem Zustand von zwei getrennten Flüssigkeiten führte (obere Schicht: Siloxan, untere Schicht: Chlorwasserstoffsäurelösung, 2-Propanol). Die Gelfolie wurde in einen thermostatischen Behälter überführt, der auf 150°C eingestellt war, und in der Atmosphäre für 2 Stunden getrocknet, um eine Wärmeisolierfolie zu ergeben.
  • Diese Wärmeisolierfolie wurde hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Komprimierungscharakteristiken bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 35,8% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,02 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand.
  • <Beispiel 2>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 16 Gew% geändert wurde, und die Ladung der wässrigen Lösung von Ethylencarbonat auf 3 Gewichtsteile geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 30,1% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,017 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand.
  • <Beispiel 3>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 18 Gew% geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 23,3% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,015 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand.
  • <Beispiel 4>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 20 Gew% geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 21,3% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,015 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand.
  • <Beispiel 5>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke des Glaspapiers auf 1,03 mm geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 21,0% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,026 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand
  • <Beispiel 6>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Ladung der wässrigen Lösung von Ethylencarbonat auf 4 Gewichtsteile geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 14,1% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,025 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand.
  • <Beispiel 7>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Ladung der wässrigen Lösung von Ethylencarbonat auf 5 Gewichtsteile geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 13,8% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,022 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand.
  • <Beispiel 8>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Ladung der wässrigen Lösung von Ethylencarbonat auf 6 Gewichtsteile geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 10,4% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,023 m2K/W betrug, so dass sie die Gesamtbewertung bestand.
  • <Vergleichsbeispiel 1>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 6 Gew% geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 72,5% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,013 m2K/W betrug, so dass sie in der Gesamtbewertung nicht bestand.
  • <Vergleichsbeispiel 2>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 8 Gew% geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 67,3% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,015 m2K/W betrug, so dass sie in der Gesamtbewertung nicht bestand.
  • <Vergleichsbeispiel 3>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 10 Gew% geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 63,8% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,015 m2K/W betrug, so dass sie in der Gesamtbewertung nicht bestand.
  • <Vergleichsbeispiel 4>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 12 Gew% geändert wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 52,4% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,016 m2K/W betrug, so dass sie in der Gesamtbewertung nicht bestand.
  • <Vergleichsbeispiel 5>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung auf 6 Gew% geändert wurde, und 12 N Chlorwasserstoffsäure als Gelbildner verwendet wurden. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 71,9% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,013 m2K/W betrug, so dass sie in der Gesamtbewertung nicht bestand.
  • <Vergleichsbeispiel 6>
  • Eine Folie wurde unter identischen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Na-Ionen aus der Wasserglaszusammensetzung mit einer Silica-Konzentration von 6 Gew% mit einem Ionenaustauschharz entfernt wurden, um ein Sol herzustellen, und 1 N wässrige Lösung von Ammoniak als Gelbildner für das Sol verwendet wurde. Diese Wärmeisolierfolie wurde bewertet, um festzustellen, dass die Komprimierbarkeit 74,6% betrug, und der Wärmewiderstandswert 0,013 m2K/W betrug, so dass sie in der Gesamtbewertung nicht bestand.
  • <Bewertung jedes Einzelpostens>
  • - Komprimierungscharakteristiken der Wärmeisolierfolie
  • Die Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen weist bei einem Druck von 0,30 bis 5 MPa vorzugsweise eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger und insbesondere von 30% oder weniger auf. 3 zeigt eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Komprimierbarkeit bei einem Druck von 5 MPa und der Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung für Wärmeisolierfolien darstellt, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden. Wenn die Komprimierbarkeit höher als 40% ist, ist es schwierig, Wärmeausbreitung bei Komprimierung zu verhindern. Wenn die Komprimierbarkeit 30% oder niedriger ist, kann Wärmeausbreitung bei Komprimierung wirksam verhindert werden.
  • - Wärmewiderstand der Wärmeisolierfolie
  • Die Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen weist bei einem Druck von 0,30 bis 5 MPa vorzugsweise einen Wärmwiderstand von 0,010 m2K/W oder mehr und insbesondere von 0,015 m2K/W oder mehr auf. 4 zeigt eine Grafik, welche die Beziehung zwischen dem Wärmewiderstand bei einem Druck von 5 MPa und der Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung für Wärmeisolierfolien darstellt, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden. Wenn der Wärmewiderstand niedriger als 0,010 m2K/W ist, ist es schwierig, Wärmeausbreitung bei Komprimierung zu verhindern. Wenn der thermische Widerstand 0,015 m2K/W oder hoher ist, kann Wärmeausbreitung bei Komprimierung wirksam verhindert werden.
  • <Wärmeleitfähigkeit der Wärmeisolierfolie
  • Die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen hängt vom Grad der Komprimierbarkeit und kann nicht eindeutig spezifiziert werden, auch wenn die Wärmeleitfähigkeit 100 mW/mK oder niedriger sein muss. 5 zeigt eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit und der Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung für Wärmeisolierfolien darstellt, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden. Wenn die die Wärmeleitfähigkeit höher als 100 mK/W ist, ist es schwierig, Wärmeausbreitung bei Komprimierung zu verhindern.
  • - Rohdichte der Wärmeisolierfolie
  • Die Rohdichte der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen beträgt vorzugsweise 0,3 bis 0,5 g/cm3. 6 zeigt eine Grafik für Wärmeisolierfolien, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden, wobei die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung bei der Herstellung der Wärmeisolierfolie auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, und die Rohdichte der resultierenden Wärmeisolierfolie auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Aus 6 ist ersichtlich, dass, wenn Ethylencarbonat verwendet wurde, die Rohdichte einer Wärmeisolierfolie dazu neigte, mit zunehmender Silica-Konzentration zuzunehmen. Wenn dagegen Chlorwasserstoffsäure oder wässriges Ammoniak verwendet wurde, betrug die Rohdichte 0.2 g/cm3 bei einer Silica-Konzentration von 6 Gew%. Wenn die Rohdichte niedriger als 0,3 g/cm3 ist, erfährt die Wärmeisolierfolie bei Aufbringen einer hohen Last leicht Druckverformung. Infolgedessen ist die Komprimierbarkeit höher, und folglich wird der Wärmewiderstand niedriger. Wenn die Rohdichte höher als 0,5 g/cm3 ist, ist das Silica-Primärteilchen ziemlich grob, oder das Aerogel selbst ist geschrumpft, und es kann kein gewünschter Wärmewiderstandswert erreicht werden, selbst wenn keine Last aufgebracht wird.
  • - Spezifische Oberfläche von Aerogel
  • Die spezifische Oberfläche des Aerogels hoher Dichte in Ausführungsformen beträgt vorzugsweise 300 bis 600 m2/g. 7 zeigt eine Grafik für Wärmeisolierfolien, die in den Beispielen 1 und 4 und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden, wobei die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung bei der Herstellung der Wärmeisolierfolie auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, und die spezifische Oberfläche des Aerogels auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Aus 7 ist ersichtlich, dass, wenn Ethylencarbonat verwendet wurde, die spezifische Oberfläche des Aerogels dazu neigte, mit zunehmender Silica-Konzentration schrittweise abzunehmen und das Minimum bei einer Silica-Konzentration um 14 Gew% zu erreichen.
  • Die spezifische Oberfläche betrug etwa 500 m2/g bei einer Silica-Konzentration von 6 Gew%, wenn Chorwasserstoffsäure verwendet wurde, und etwa 750 m2/g bei einer Silica-Konzentration von 6 Gew%, wenn wässriges Ammoniak verwendet wurde. Wenn die spezifische Oberfläche kleiner als 300 m2/g ist, ist das Silica-Primärteilchen ziemlich grob, oder das Aerogel selbst ist geschrumpft, und es kann kein gewünschter Wärmewiderstandswert erreicht werden, selbst wenn keine Last aufgebracht wird. Wenn die spezifische Oberfläche größer als 600 m2/g ist, ist das Silica-Primärteilchen ziemlich fein, oder die Dichte des Aerogels ist herabgesetzt, und es kann kein gewünschter Wärmewiderstandswert erreicht werden, wenn eine hohe Last aufgebracht wird. In Gegensatz zur spezifischen Oberfläche eines üblichen Aerogels niedriger Dichte, die größer als 600 m2/g ist, spiegelt die spezifische Oberfläche in Ausführungsformen ein Ergebnis des sehr kleinen Silica-Primärteilchens und der niedrigen Rohdichte des gebildeten Aerogels wider.
  • - Porenvolumen von Aerogel
  • 8 zeigt eine Grafik für Wärmeisolierfolien, die in den Beispielen 1 und 4 und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden, wobei die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung bei der Herstellung der Wärmeisolierfolie auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, und das Porenvolumen des Aerogels auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Aus 8 ist ersichtlich, dass, wenn Ethylencarbonat verwendet wurde, das Porenvolumen des Aerogels dazu neigte, mit zunehmender Silica-Konzentration schrittweise abzunehmen und das Minimum bei einer Silica-Konzentration um 14 Gew% zu erreichen. Das Porenvolumen betrug 2,0 ml/g bei einer Silica-Konzentration von 6 Gew%, wenn Chorwasserstoffsäure verwendet wurde, und das Porenvolumen betrug 4,4 ml/g bei einer Silica-Konzentration von 6 Gew%, wenn wässriges Ammoniak verwendet wurde. Wenn das Porenvolumen 1,5 ml/g oder größer ist, erfährt die Wärmeisolierfolie bei Aufbringen einer hohen Last leicht Druckverformung, und die Komprimierbarkeit ist größer, und folglich wird der Wärmewiderstand kleiner.
  • - Mittlerer Porendurchmesser von Aerogel
  • 9 zeigt eine Grafik für Wärmeisolierfolien, die in den Beispielen 1 und 4 und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden, wobei die Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung bei der Herstellung der Wärmeisolierfolie auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, und der mittlere Porendurchmesser des Aerogels auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Aus 9 ist ersichtlich, dass, wenn Ethylencarbonat verwendet wurde, der mittlere Porendurchmesser etwa 60 nm bei Silica-Konzentrationen von 10 Gew% oder darunter betrug, und der mittlere Porendurchmesser etwas 30 bis 40 nm bei Silica-Konzentrationen von 14 Gew% oder darüber betrug. Das mittlere Porendurchmesser betrug ungefähr 40 nm bei einer Silica-Konzentration von 6 Gew%, wenn Chorwasserstoffsäure verwendet wurde, und der mittlere Porendurchmesser betrug ungefähr 30 nm bei einer Silica-Konzentration von 6 Gew%, wenn wässriges Ammoniak verwendet wurde. Wenn der mittlere Porendurchmesser kleiner als 10 nm ist, ist das Silica-Primärteilchen ziemlich grob, oder das Aerogel selbst ist geschrumpft, und es kann kein gewünschter Wärmewiderstandswert erreicht werden, selbst wenn keine Last aufgebracht wird. Wenn der mittlere Porendurchmesser größer als 70 nm ist, ist es schwierig, Luftkonvektion zu unterbinden, was zu einem niedrigeren Wärmewiderstand führt. Demnach beträgt der mittlere Porendurchmesser des Aerogels vorzugsweise 10 bis 70 nm.
  • - Silica-Konzentration und Komprimierbarkeit
  • 10 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Silica-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung bei der Herstellung einer Wärmeisolierfolie und der Komprimierbarkeit der resultierenden Wärmeisolierfolie für Wärmeisolierfolien, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellt wurden. Ein Druck von 5 MPa bis 0,3 MPa wurde auf jede Wärmeisolierfolie ausgeübt. Wenn ein Druck von 5 MPa ausgeübt wurde, war die Komprimierbarkeit der Wärmeisolierfolie in jedem der Beispiele 1 bis 4 ein bevorzugter Wert von 40% oder darunter. Wenn ein Druck von 2 MPa ausgeübt wurde, war die Komprimierbarkeit der Wärmeisolierfolie in jedem der Beispiele 1 bis 4 ein bevorzugterer Wert von 30% oder darunter. Wenn ein Druck von 1 MPa ausgeübt wurde, war die Komprimierbarkeit der Wärmeisolierfolie in jedem der Beispiele 1 bis 4 ein bevorzugtester Wert von 20% oder darunter. Der Wärmewiderstand bei Komprimierung wies eine ähnliche Tendenz auf. Die Wärmeisolierfolie in jedem der Beispiele 1 bis 4 wies bei Ausübung eines Drucks von 0,30 bis 5,0 MPa einen Wärmewiderstand von 0,010 m2K/W oder darüber auf.
  • <Zusammenfassung der Ergebnisse>
  • Wie bereits erwähnt, wurden in Beispiel 1 bis 4 Wärmeisolierfolien mit der Wasserglaszusammensetzung hergestellt, die eine Silica-Konzentration von 14 bis 20 Gew% und Ethylencarbonat aufwies. Die Ergebnisse zeigten, dass die Komprimierbarkeit bei 5,0 MPa für alle Fälle so gering wie 40% oder noch geringer war, und der Wärmewiderstandswert für alle Fälle 0,01 m2K/W oder höher war. Andererseits wurden in Vergleichsbeispiel 1 bis 4 Wärmeisolierfolien mit der Wasserglaszusammensetzung hergestellt, die eine Silica-Konzentration von 6 bis 12 Gew% und Ethylencarbonat aufwies. Die Ergebnisse zeigten, dass die Komprimierbarkeit bei 5,0 MPa für alle Fälle höher als 40% war.
  • In Vergleichsbeispiel 5 und 6 wurden Wärmeisolierfolien mit der Wasserglaszusammensetzung hergestellt, die eine Silica-Konzentration von 6 Gew% und eine wässrige Lösung von Chlorwasserstoffsäure als Gelbildner aufwies, und die Ergebnisse waren beinahe gleich wie die für Vergleichsbeispiel 1. Wenn ein anderer Gelbildner als Ethylencarbonat verwendet wurde, fand bei einer erhöhten Silica-Konzentration von 8 Gew% oder darüber keine homogene Gelbildung statt, was zu einem Fehlschlag bei der Herstellung einer Wärmeisolierfolie führte.
  • Aus den vorstehenden Ergebnisse geht hervor, dass die Wärmeisolierfolie, die aus einem Aerogel hoher Dichte und einem Vliesstoff besteht und durch Verwenden einer Wasserglaszusammensetzung mit einer Silica-Konzentration von 14 bis 20 Gew% und einem Kohlensäureester synthetisiert wurde, besser als eine hochfeste Wärmeisolierfolie und selbst unter Bedingungen hoher Last zum Verhindern von Wärmeausbreitung wirksam ist.
  • <Sonstiges>
  • Die Wärmeisolierfolie enthält ein Aerogel und einen Vliesstoff als Hautkomponenten, und sie enthält keine andere Verbindung als Hauptkomponente. Das Gesamtgewicht des Aerogels und des Vliesstoffs beläuft sich auf 90 Gew% oder mehr des Gewichts der ganzen Wärmeisolierfolie.
  • 11 stellt ein Anwendungsbeispiel 1 der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen dar. 11 veranschaulicht schematisch die Konfiguration einer elektronischen Vorrichtung, die einen elektronischen Teil 12 mit einer Wärmeerzeugungseigenschaft und ein Gehäuse 11 umfasst. Eine Wärmeisolierfolie 10 in Ausführungsformen kann zwischen dem elektronischen Teil 12 mit einer Wärmeerzeugungseigenschaft und dem Gehäuse 11 angeordnet sein. Die Wärmeisolierfolie 10 in Ausführungsformen überträgt keine Wärme, die vom elektronischen Teil 12 erzeugt wird, auf das Gehäuse 11. Der elektronische Teil 12 ist auf einem Substrat 13 montiert. Die Wärmeisolierfolie 10 kann mit einem Überzug zum Abdecken der Oberfläche überzogen sein. Ein Wärmeleitfähiges Material, wie beispielsweise eine Grafitfolie, kann auf die Wärmeisolierfolie 10 laminiert sein.
  • 12 stellt ein Anwendungsbeispiel 2 der Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen dar. 12 veranschaulicht eine Batterieeinheit mit einer Mehrzahl von Batterien zum Beispiel für Kraftfahrzeuge. Die Wärmeisolierfolie 10 in einer beliebigen der Ausführungsformen ist vorzugsweise zwischen benachbarten Batterien 15 angeordnet, da nicht nur Wärmeisolierung zwischen den Batterien 15, sondern auch Verhütung von Feuerausbreitung erreicht werden kann. Die Anwendung von Batterien 15 ist nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt. Die Batterien 15 können Batterien für mobile Objekte oder Batterien für Energiespeichergeräte für den Hausgebrauch sein. Die Wärmeisolierfolie 10 kann als ein Verbund mit einer anderen Folie oder dergleichen verwendet werden.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die Wärmeisolierfolie in Ausführungsformen, die aus mindestens zwei Komponenten eines Aerogels hoher Dichte und eines Vliesstoffs besteht und verbesserte Druckfestigkeit aufweist, kann vielseitig eingesetzt werden, da die Wärmeisolierfolie selbst in einem kleinen Raum in einer elektronischen Vorrichtung, einer Vorrichtung zur Verwendung in Kraftfahrzeugen oder eine Vorrichtung zur industriellen Verwendung eine ausreichende Wärme isolierende Wirkung aufweist. Die Wärmeisolierfolie kann auf alle Produkte angewendet werden, die mit Wärme in Beziehung stehen, wie beispielsweise Informationsvorrichtungen, tragbare Vorrichtungen, Anzeigen und elektrische Komponenten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Wärmeisolierfolie
    11
    Gehäuse
    12
    Elektronischer Teil
    13
    Substrat
    15
    Batterie
    101
    Natriumsilicat
    102
    Hydroxy-Ion
    103
    Ethylencarbonat
    104
    Carbonat-Ion
    105
    Ethylenglycol
    106
    Hydrogel
    107
    Natriumcarbonat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 6064149 [0007]
    • JP 5934400 [0008]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie, umfassend: Bilden eines Verbundstoffs, umfassend ein Imprägnieren eines Vliesstoffs mit einem basischen Sol, das durch Zugeben eines Kohlensäureesters zu einer Wasserglaszusammensetzung hergestellt wird, um einen Hydrogel-Vlies-Verbundstoff zu bilden; Oberflächenmodifizieren, umfassend ein Mischen des Verbundstoffs mit einem Silyliermittel zur Oberflächenmodifikation; und Trocknen, umfassend ein Entfernen von Flüssigkeit, die im Verbundstoff enthalten ist, durch Trocknen bei einer Temperatur, die niedriger als eine kritische Temperatur der Flüssigkeit ist, unter einem Druck, der niedriger als ein kritischer Druck der Flüssigkeit ist, wobei die Wärmeisolierfolie bei 0,30 bis 5,0 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger aufweist
  2. Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie nach Anspruch 1, wobei eine Ladung des Kohlensäureesters beim Bilden des Verbundstoffs 1 bis 10 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile der Wasserglaszusammensetzung beträgt.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie nach Anspruch 1 oder 2, wobei das basische Sol einen pH von 10 oder höher aufweist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine SiO2-Konzentration der Wasserglaszusammensetzung beim Bilden des Verbundstoffs 14 Gew% oder höher und 22 Gew% oder niedriger ist.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Vliesstoff aus einer anorganischen Faser gebildet wird.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Wärmeisolierfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kohlensäureester wasserlöslich und leicht zu hydrolysieren ist, um unter basischen Bedingungen bei einem pH von 10 oder höher ein Carbonat-Ion und ein Diol zu bilden.
  7. Wärmeisolierfolie, umfassend ein Aerogel und einen Vliesstoff, wobei die Wärmeisolierfolie bei 0,30 bis 5,0 MPa eine Komprimierbarkeit von 40% oder weniger aufweist.
  8. Wärmeisolierfolie nach Anspruch 7, wobei die Wärmeisolierfolie bei einem Druck von 0,30 bis 5,0 MPa einen Wärmewiderstand von 0,01 m2K/W oder darüber aufweist.
  9. Wärmeisolierfolie nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Aerogel eine spezifische Oberfläche von 300 m2/g oder mehr und 600 m2/g oder weniger und ein kleineres Porenvolumen als 1,5 ml/g aufweist.
  10. Wärmeisolierfolie nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Rohdichte der Wärmeisolierfolie 0,3 g/cm3 oder höher und 0,5 g/cm3 oder niedriger ist.
  11. Elektronische Vorrichtung, umfassend die Wärmeisolierfolie nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Wärmeisolierfolie zwischen einem elektronischen Teil mit einer Wärmeerzeugungseigenschaft und einem Gehäuse angeordnet ist.
  12. Batterieeinheit, umfassend die Wärmeisolierfolie nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Wärmeisolierfolie zwischen Batterien angeordnet ist.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018022964A1 (en) 2016-07-29 2018-02-01 Crynamt Management Llc Battery packs having structural members for improving thermal management
US10923788B1 (en) 2016-11-30 2021-02-16 Apple Inc. Directed quench systems and components
US11870092B1 (en) 2017-02-01 2024-01-09 Apple Inc. On-board vent gas abatement
US11469471B1 (en) 2018-02-02 2022-10-11 Apple Inc. Battery pack heat dispensing systems
JP7426553B2 (ja) * 2019-05-29 2024-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 断熱シートおよびその製造方法、ならびに電子機器および電池ユニット
US20220247040A1 (en) * 2019-06-28 2022-08-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Power supply device, and electric vehicle and power storage device comprising power supply device
DE202020005871U1 (de) 2019-12-02 2022-12-22 Aspen Aerogels Inc. Aerogelbasierte Komponenten und Systeme für das Thermomanagement von Elektrofahrzeugen
BR112022010804A2 (pt) 2019-12-02 2022-08-23 Aspen Aerogels Inc Componentes e sistemas para gerenciar problemas de fuga térmica em baterias de veículos elétricos.
KR20220124703A (ko) 2020-01-07 2022-09-14 아스펜 에어로겔, 인코포레이티드 배터리 열 관리 부재
CN111430584A (zh) * 2020-04-07 2020-07-17 上海比耐信息科技有限公司 一种电池用隔热套及其制备方法
JP7422346B2 (ja) * 2020-05-27 2024-01-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 エアロゲル構造体およびその製造方法
US11764431B2 (en) 2020-10-22 2023-09-19 Apple Inc. Battery pack structures and systems
SE2150536A1 (en) * 2021-04-28 2022-10-29 Scania Cv Ab An electric battery arrangement
US20230402683A1 (en) * 2022-05-17 2023-12-14 Ford Global Technologies, Llc Battery system for a hybrid or electric vehicle
DE202022106927U1 (de) 2022-12-12 2023-12-13 Carl Freudenberg KG Wärmeisolationsmaterial für elektrochemische Zellen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5934400A (ja) 1982-08-23 1984-02-24 株式会社東芝 排水ポンプ設備の運転方法
JPS6064149A (ja) 1983-09-17 1985-04-12 Brother Ind Ltd フィルタ付き機器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE7414224L (sv) 1974-11-13 1976-05-14 Bertil Allvin Handapparat med vermekella for att astadkomma pressning av tyger
KR100509703B1 (ko) * 2003-05-07 2005-08-31 주식회사 지케이엘 폐섬유로 보강된 실리카겔 복합체와 그 제조방법
JP5851983B2 (ja) * 2009-04-27 2016-02-03 キャボット コーポレイションＣａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ エーロゲル組成物ならびにその製造および使用方法
KR101064589B1 (ko) * 2010-11-18 2011-09-15 (주)한일이앤지 열차단 복합방수시트
JP6361022B2 (ja) * 2013-09-17 2018-07-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 複合シート
JP6330145B2 (ja) * 2014-06-17 2018-05-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 キセロゲルの製造方法
JP6738990B2 (ja) 2014-08-26 2020-08-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 断熱シートおよびその製造方法
US10442899B2 (en) * 2014-11-17 2019-10-15 Silbond Corporation Stable ethylsilicate polymers and method of making the same
EP3159156B1 (de) 2015-03-30 2018-08-29 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wärmedämmungsfolie, elektronische ausrüstung damit und verfahren zur herstellung einer wärmedämmungsfolie
MX2018000480A (es) * 2015-07-15 2018-08-29 International Advanced Res Centre For Powder Metallurgy And New Materials Arci Un proceso mejorado para producir el producto de aislamiento termico mejorado de aerogel de silice con una mayor eficacia.
JP6655776B2 (ja) * 2015-12-17 2020-02-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 シリカエアロゲルと断熱材およびシリカエアロゲルの製造方法
CN105645921B (zh) * 2016-03-10 2018-03-06 深圳中凝科技有限公司 一种制备复合SiO2气凝胶毡的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5934400A (ja) 1982-08-23 1984-02-24 株式会社東芝 排水ポンプ設備の運転方法
JPS6064149A (ja) 1983-09-17 1985-04-12 Brother Ind Ltd フィルタ付き機器

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Publication number Publication date
US20210180244A1 (en) 2021-06-17
US11905647B2 (en) 2024-02-20
US11015286B2 (en) 2021-05-25
CN109853226A (zh) 2019-06-07
US20190161909A1 (en) 2019-05-30

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