TW202417252A

TW202417252A - 絕熱複材、其製造方法及多層絕熱複材

Info

Publication number: TW202417252A
Application number: TW111140763A
Authority: TW
Inventors: 莊文碩; 蔡和霖; 江祺璟
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2024-05-01

Abstract

本發明提供一種絕熱複材、其製造方法及多層絕熱複材。絕熱複材的製造方法包含混合樹脂、中空微球及界面活性劑，以獲得混合漿料；利用刮刀製程，將混合漿料鋪設在反射層上，以形成絕熱層在反射層上；以及乾燥絕熱層，以獲得絕熱複材。界面活性劑為矽氧烷系界面活性劑。中空微球在混合漿料中的體積佔比為大於50%。藉由中空微球在絕熱層中佔據較高的體積，以提高絕熱層的絕熱效果。

Description

絕熱複材、其製造方法及多層絕熱複材

本發明是關於一種絕熱複材及其製造方法，特別是關於一種絕熱複材、其製造方法及多層絕熱複材。

由於現今低碳/無碳燃料應用於發電及運輸等方面的需求大幅提升，為了提升儲運效率及降低成本，可藉由將例如氫能等燃料儲存在多層絕熱複材內，以維持在低溫(cryogenic temperature)環境(即低於-150℃)中，以使氣體液化，進而達到提高儲氣單位體積密度及降低氣體逸散率的目的。

習知的多層絕熱材料包含多層的反射層及絕熱層的交錯堆疊，其中絕熱層為例如玻璃纖維或絕熱高分子等熱傳導係數低的材料。然而，習知的多層絕熱複材仍無法滿足應用上所需的絕熱效果。

有鑑於此，亟須提供一種絕熱複材及其製造方法，以優化絕熱複材的絕熱效果。

本發明之一態樣是提供一種絕熱複材的製造方法，其係藉由混合中空微球與樹脂，以形成具有較佳絕熱特性的絕熱層。

本發明之另一態樣是提供一種絕熱複材，其係利用上述態樣的方法所製得。

本發明之再一態樣是提供一種多層絕熱複材，其係堆疊多層上述態樣的絕熱複材。

根據本發明之一態樣，提供一種絕熱複材的製造方法，其係包含混合樹脂、中空微球及界面活性劑，以獲得混合漿料；將混合漿料鋪設在反射層上，使混合漿料中的中空微球緊密堆疊而形成絕熱層；以及乾燥絕熱層，以獲得絕熱複材。界面活性劑為矽氧烷系界面活性劑。中空微球在混合漿料中的體積佔比為大於50%。

根據本發明之一實施例，基於上述混合漿料的重量為100 wt%，中空微球的重量為5 wt%至40 wt%，且該界面活性劑為2 wt%至3 wt%，且剩餘為樹脂。

根據本發明之一實施例，上述樹脂在常溫下的熱傳導性質小於0.5 W/m-K。

根據本發明之一實施例，上述樹脂於-150℃以下具有大於或等於2%的延展性。

根據本發明之一實施例，上述樹脂的玻璃轉化溫度低於-40℃。

根據本發明之一實施例，上述混合漿料的黏度為2000 cps至6000 cps。

根據本發明之一實施例，上述絕熱層的厚度為0.1 mm至1 mm。

根據本發明之另一態樣，提供一種絕熱複材，其係利用上述態樣之絕熱複材的製造方法所製得。

根據本發明之再一態樣，提供一種多層絕熱複材，其係堆疊多層上述態樣的絕熱複材。多層絕熱複材料的層密度為每公分20 層至40 層。

根據本發明之一實施例，上述多層絕熱複材的堆疊層數為3至20。

應用本發明之絕熱複材、其製造方法及多層絕熱複材，其係藉由使中空微球在混合漿料中的特定體積佔比，以提高絕熱層的絕熱效果。

以下揭露提供許多不同實施例或例示，以實施發明的不同特徵。以下敘述之組件和配置方式的特定例示是為了簡化本揭露。這些當然僅是做為例示，其目的不在構成限制。舉例而言，第一特徵形成在第二特徵之上或上方的描述包含第一特徵和第二特徵有直接接觸的實施例，也包含有其他特徵形成在第一特徵和第二特徵之間，以致第一特徵和第二特徵沒有直接接觸的實施例。

如本發明所使用的「大約(around)」、「約(about)」、「近乎 (approximately)」或「實質上(substantially)」一般係代表在所述之數值或範圍的百分之20以內、或百分之10以內、或百分之5以內。

承上所述，本發明提供一種絕熱複材、其製造方法及多層絕熱複材，其係藉由混合樹脂及中空微球，並利用界面活性劑，以獲得均勻混合的混合漿料。再者，藉由控制中空微球在混合漿料中的體積佔比，以提升絕熱層的絕熱效果，進而改善絕熱複材的絕熱效果。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一些實施例之絕熱複材的製造方法100的流程圖。首先，進行操作110，混合樹脂、中空微球及界面活性劑，以獲得混合漿料。在一些實施例中，樹脂包含主劑及固化劑。在另一些實施例中，須額外添加固化劑至樹脂內。主劑與固化劑的重量比為約2：1。在一些實施例中，混合步驟可利用約400 rpm至2000 rpm的轉速攪拌約15分鐘至20分鐘，即可獲得均勻混合的混合漿料。

在一些實施例中，樹脂須為耐低溫樹脂，例如1,2,3,6-四氫磷苯二甲酸二縮水甘油酯。在一些實施例中，樹脂的玻璃轉化溫度(glass transition temperature，T _g)低於約-40℃，以避免所製得之絕熱複材在低溫(例如低於-150℃)下發生脆化。在一些實施例中，樹脂在常溫(約25℃)下的熱傳導性質小於約0.5 W/m-K，較佳為小於0.2 W/m-K，以降低絕熱層的熱傳導性，即提升絕熱效果。在一些實施例中，樹脂於-150℃以下具有大於或等於約2%的延展性，以使所製得之絕熱複材於低溫下具有較佳的操作性。

在一些實施例中，基於混合漿料為100 wt%，中空微球為約5 wt%至約40 wt%，較佳為15 wt%至40 wt%。若中空微球的添加量太多(例如大於40 wt%)，則混合漿料在後續製程中無法成膜；反之，若中空微球的添加量太少(例如小於5 wt%)，則後續製得之絕熱層的絕熱效果不佳。在一些實施例中，中空微球在混合漿料中的體積佔比為大於50%，較佳為60%至74%。前述中空微球的體積佔比有利於降低所製得之絕熱複材的熱傳現象，其係由於緊密堆積的中空微球僅能藉由點對點的方式進行熱傳導，故固態熱傳導性會大幅下降，進而有利於絕熱複材的絕熱性質。補充說明的是，體積比74%即為最密堆積。中空微球在混合漿料中的體積佔比會跟中空微球的添加量有關，一般而言，添加15 wt%至40 wt%的中空微球即可使中空微球在混合漿料中的體積佔比為60%至74%。

在一些實施例中，基於混合漿料的重量為100 wt%，界面活性劑的重量為2 wt%至3 wt%。前述添加量的界面活性劑有助於樹脂與中空微球的均勻混合。在一些實施例中，界面活性劑為矽氧烷系界面活性劑。在一些實施例中，矽氧烷系界面活性劑為將式(1)的結構改質為具有如下式(2)的結構： (1) (2) 具有上式(2)結構的矽氧烷系界面活性劑，其中的-ONa基團可與硼矽酸鹽類的中空微球具有較高的親和力，而-CH ₃基團則與樹脂具有較高的親和力。因此，改質的矽氧烷系界面活性劑可有效地使樹脂與中空微球混合。

混合漿料須調控為具有特定黏度，以利後續的製程。在一些實施例中，混合漿料的黏度為2000 cps至6000 cps，較佳為3000 cps至5000 cps。若混合漿料的黏度太低(例如小於2000 cps)，則漿料會太稀而無法成型；若混合漿料的黏度太高(例如大於6000 cps)，則後續的刮刀製程會刮不動漿料，同樣有無法成型的問題。

接著，進行操作120，將混合漿料鋪設在反射層上，以形成絕熱層在反射層上。操作120係使混合漿料中的中空微球緊密堆疊而形成絕熱層。在一些實施例中，操作120可利用刮刀製程進行。在一些實施例中，刮刀製程的刮刀速率為150 mm/min至300 mm/min，以使絕熱層均勻且平坦的鋪設在反射層上。

在一些實施例中，反射層的厚度為小於30 μm，例如10 μm至20 μm。在一些實施例中，絕熱層的厚度為約0.1 mm至約1 mm。具有前述厚度範圍的絕熱層可同時避免輻射熱傳及熱傳導，故具有較佳的絕熱性質。在一些實施例中，絕熱層在-196℃的溫度下的熱傳導性質低於0.1 W/m-K 。在一些實施例中，絕熱層在-196℃的溫度下的延展性高於2%。前述低溫下的熱傳導性質及延展性可提升絕熱複材於低溫下之絕熱性質及低溫操作性，故有利於製得之絕熱複材應用於航太產業、氫燃料儲存及液化天然氣的儲存。

然後，進行操作130，乾燥絕熱層，以獲得絕熱複材。在一些實施例中，將絕熱層在大氣下乾燥約5分鐘至約10分鐘。在一些實施例中，可選擇性地將絕熱複材升溫固化，或在堆疊多層後再進行升溫固化。

本發明提供的多層絕熱複材係堆疊多層上述絕熱複材後，並在最頂層的上方層疊單片反射層，接著進行升溫固化，以製得多層絕熱複材。在一些實施例中，升溫固化操作可在約60℃的溫度下施加0.5 MPa至2 MPa的壓力在多層絕熱複材上，以使絕熱複材緊密堆疊。在一些實施例中，多層絕熱複材的堆疊層數為3至20。在一些實施例中，堆疊絕熱複材可藉由手動層疊或捲對捲製程(roll-to-roll)來進行。

在一些實施例中，多層絕熱複材的層密度為每公分20 層至40 層。若層密度太小時(例如小於20層/公分)，則會使輻射熱傳導較顯著，導致絕熱效果不佳；反之，若層密度太大時(例如大於40層/公分)，則使固態熱傳導較顯著，同樣會導致絕熱效果不佳。在一些實施例中，多層絕熱複材在-196℃的溫度下的熱傳導性質低於0.005 W/m-K，較佳為低於0.001 W/m-K。

以下利用實施例說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。 實施例一

實施例一混合包含40克主劑與20克固化劑的耐低溫樹脂、11克的中空微球(3M公司的K1產品)及2克矽氧烷系界面活性劑，以獲得混合漿料。基於混合漿料的重量為100 wt%，中空微球在混合漿料中的重量比為約15 wt%，經換算可得知中空微球的體積百分比為約60%。利用實驗攪拌儀器進行前述混合，其中轉速設定介於400 rpm至2000 rpm，經過約15分鐘至約20分鐘即可均勻混合。

接著，利用刮刀製程將混合漿料鋪設在厚度為15 μm的鋁箔(做為反射層)上，其中刮刀速率為200 mm/min。將形成之厚度為300 μm的絕熱層放置在大氣下乾燥5分鐘至10分鐘，即完成絕熱複材。

接著，堆疊4層絕熱複材，且在最頂層上再層疊單片鋁箔。然後，在60℃的溫度下施加0.5 MPa至2 MPa的壓力持續4小時，即可完成厚度為1.27 mm的多層絕熱複材。實施例一的多層絕熱複材的層密度為32層/公分。 實施例二

實施例二利用與實施例一相同的製程，不同之處僅在於中空微球的添加量為20克，故中空微球在混合漿料中的重量比為約25 wt%，經換算可得知中空微球的體積百分比為約74%。

實施例一及實施例二所製得絕熱層的掃描式電子顯微(scanning electron microscopy，SEM)視圖如圖2A及圖2B所示。由圖2A及圖2B可看出，中空微球在絕熱層上分布均勻且緻密。再者，當中空微球添加比例由15 wt%提高至25 wt%時，中空微球堆積的緻密度有顯著地升高。由圖2A及圖2B顯示之中空微球堆積緻密度可推測，實施例一及實施例二所製得之絕熱複材及多層絕熱複材可具有良好的絕熱性質。

根據上述實施例，本發明提供之絕熱複材、其製造方法及多層絕熱複材藉由混合樹脂及中空微球，並利用界面活性劑，以獲得均勻混合的混合漿料。再者，藉由控制中空微球在混合漿料中的體積佔比，以提升絕熱層的絕熱效果，進而改善絕熱複材的絕熱效果。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:方法 110,120,130:操作

根據以下詳細說明並配合附圖閱讀，使本揭露的態樣獲致較佳的理解。需注意的是，如同業界的標準作法，許多特徵並不是按照比例繪示的。事實上，為了進行清楚討論，許多特徵的尺寸可以經過任意縮放。 [圖1]係繪示根據本發明一些實施例之絕熱複材的製造方法的流程圖。 [圖2A]及[圖2B]係本發明一些實施例之絕熱層的掃描式電子顯微視圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:方法

110,120,130:操作

Claims

一種絕熱複材的製造方法，包含：混合一樹脂、一中空微球及一界面活性劑，以獲得一混合漿料，其中該界面活性劑為矽氧烷系界面活性劑，且該中空微球在該混合漿料中的體積佔比為大於50%；將該混合漿料鋪設在一反射層上，使該混合漿料中的該中空微球緊密堆疊而形成一絕熱層；以及乾燥該絕熱層，以獲得該絕熱複材。
如請求項1所述之絕熱複材的製造方法，其中基於該混合漿料的重量為100 wt%，該中空微球的重量為5 wt%至40 wt%，該界面活性劑的重量為2 wt%至3 wt%，且剩餘為該樹脂。
如請求項1所述之絕熱複材的製造方法，其中該樹脂在常溫下的熱傳導性質小於0.5 W/m-K。
如請求項1所述之絕熱複材的製造方法，其中該樹脂於-150℃以下具有大於或等於2%的延展性。
如請求項1所述之絕熱複材的製造方法，其中該樹脂的玻璃轉化溫度低於-40℃。
如請求項1所述之絕熱複材的製造方法，其中該混合漿料的一黏度為2000 cps至6000 cps。
如請求項1所述之絕熱複材的製造方法，其中該絕熱層的厚度為0.1 mm至1 mm。
一種絕熱複材，其係利用請求項1至7之任一項所述之絕熱複材的製造方法所製得。
一種多層絕熱複材，其係堆疊多層請求項8所述之絕熱複材，其中該多層絕熱複材的層密度為每公分20 層至40 層。
如請求項9所述之多層絕熱複材，其中該多層絕熱複材的堆疊層數為3至20。