WO2023202698A1 - 一种防火电热建材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防火电热建材，提供了一个技术方案，将防火电热建材将气凝胶与电热膜结合。一方面可以利用气凝胶的具有优秀的隔热保温性能，提升发热片材的热效率以及降低取暖能耗；另一方面利用气凝胶是一种不可燃的材料，同时发明人通过配方的改进，提升了气凝胶的高温隔热能力，提升了其防火、耐温的性能，降低了防火电热建材的安全风险。同时利用气凝胶消声吸音、防潮等特点，使得防火电热建材应用于建筑取暖时，提升了使用的舒适性与耐久度。

Description

一种防火电热建材及其制备方法 技术领域
本发明属于隔热耐火材料技术领域，具体涉及一种防火电热建材及其制备方法。
背景技术
随着功能性建材的需求的日益增加，玻璃、瓷砖等建筑材料与电加热膜结合的电热建材被广泛应用于采暖、除雾等领域。
电加热膜通常采用石墨、金属氧化物等材料作为发热膜，电加热膜除了需要起到加热、除雾、除霜等作用外，还需要保证透明材料的透视效果。符合电加热建材具有透明度高、发热均匀、可加工成不规则形状等优势。由于单个的电热建材功率和面积有限，在功率需求或发热面积增大时，需要多个电热膜连接使用，复杂的电路设计增加了局部过热、短路等故障发生概率。
气凝胶是一种具有优秀的隔热性能的材料，将气凝胶绝热层与电热建材贴合，解决了电热膜故障易温度过高的问题，产生阻燃的效果。除阻燃的作用外，气凝胶绝热层加强了电热建材的单面隔热性，可以减少热量通过电加热建材传导造成的热量损失，使得热量更加集中在电加热膜一侧，达到更好的单面加热效果。。
现有的技术方案是增加隔热耐火材料的厚度。这样会导致隔热耐火材料占据更大的空间。传统的隔热耐火材料主要为岩棉毡、硅酸铝毡等材料，吸水性问题严重，耐火材料吸水后会导致内部结构坍塌，使得其寿命较短。
发明内容
发明人经大量研究发现，以电热膜作为发热元件的电热建材，在使用过程中仍然存在安全隐患，如局部过热、起火的风险。在作为建筑取暖使用时，需要将多个发热建材连接使用，复杂的电路设计增加了故障发生的风险。同时作为加热装置，提高热效率也是需要其改进的方向之一。
为解决上述问题，本发明提供一种防火电热建材，防火电热建材将气凝胶与电热膜结合。一方面可以利用气凝胶的具有优秀的隔热保温性能，提升发热片材的热效率以及降低取暖能耗；另一方面利用气凝胶是一种不可燃的材料，同时发明人通过配方的改进，提升了气凝胶 的高温隔热能力，提升了其防火、耐温的性能，降低了防火电热建材的安全风险。同时利用气凝胶消声吸音、防潮等特点，使得防火电热建材应用于建筑取暖时，提升了使用的舒适性与耐久度。
根据本发明，所述防火电热建材包括介电层、发热模组、基材层、热屏蔽层。
介电层选自玻璃、瓷砖、水泥、石膏、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚乙烯、硅橡胶、聚丙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯或特氟龙。
介电层的厚度为0.05-40mm，优选为0.05-20mm。
发热模组包括电极和电热膜。
电极选自金属电极，优选地，所述电极材料为铜、银。电极可以分布在电热膜两侧。
电热膜的形式可以是金属氧化物基电热膜、碳材料基电热膜、金属纳米线基电热膜、混合基电热膜的至少一种。
金属氧化物基电热膜原材料选自金属氧化物，金属氧化物包括氟掺杂氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)和氧化铟锡(ITO)，优选为氧化铟锡(ITO)。
碳材料基电热膜原材料选自石墨烯、碳纳米管。
金属纳米线基电热膜原材料选自金属纳米线，金属纳米线包括铁、镁、锌、铜、银、铂、金、镍等金属制备的纳米线，优选为银纳米线。
混合基电热膜原材料选自上述材料中的至少两种混合，优选为银纳米线与碳纳米管复合。
电热膜的厚度为5-20um，优选为7-15um。
基材层包括瓷砖、水泥、石膏、玻璃。
根据本发明，所述防火电热建材的温度指示由热敏变色材料实现。一种方式为热敏变色材料均匀分散地于介电层中，另一种方式为以涂料形式分布于介电层表面。
热敏变色材料选自无机可逆热敏涂料和有机可逆热敏涂料。无机可逆热敏涂料包括含有Ag、Cu、Hg的碘化物、络合物、复盐的一种或多种；有机可逆热敏涂料包括含有螺环类、双蒽酮类、席夫碱类、荧烃类、三苯甲烷类的一种或多种有机化合物。
热屏蔽层包括绝热层、导热层、热反射层、吸热层、高温膨胀层。
绝热层包含骨架纤维、气凝胶、抗收缩添加剂。
根据本发明的实施方案，气凝胶包括二氧化硅气凝胶、二氧化硅与氧化铝复合的二氧化硅/氧化铝复合气凝胶、硅酸铝气凝胶、氧化铝气凝胶；外壳是硅酸铝或氧化铝气凝胶，内核是二氧化硅气凝胶和核壳结构气凝胶；内核是硅酸铝，外壳是二氧化硅气凝胶的核壳结构气凝胶。
根据本发明的实施方案，骨架纤维选自氧化铝纤维、玻璃纤维、莫来石纤维的至少一种。
根据本发明的实施方案，抗收缩添加剂选自硅微粉、硅酸铝粉、石英粉等。
根据本发明的实施方案，绝热层含有高温发泡剂、多功能碳颗粒、稳定剂的至少一种。
根据本发明的实施方案，骨架纤维具有疏水特性，骨架纤维表面具有枝晶；骨架纤维被疏水气凝胶包覆；所述疏水气凝胶是疏水二氧化硅气凝胶。
本发明进一步防火电热建材的制备方法，包括如下步骤：
A)热屏蔽层制备，步骤如下：
1)溶胶制备：将硅源、水、醇混合，还可以加入水解催化剂加速水解获得含硅溶胶。硅源包括硅酸钠、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯等，水解催化剂包括盐酸、草酸、硝酸、硫酸等。溶胶中还可以加入遮光剂增强在高温情况下的隔温性能，遮光剂包括二氧化钛、炭黑、SiC、六钛酸钾、ZrO2等。
2)耐高温/防收缩增强：向制备好的溶胶中加入硅微粉。
3)凝胶制备：加入凝胶催化剂使得含硅溶胶转变为凝胶。凝胶催化剂可以是氨水、二甲基甲酰胺等。加入凝胶催化剂后，静置24-72h获得凝胶。还可以加入凝胶催化剂后，将其浇筑至纤维预制件中后静置24-72h获得凝胶。还可以在加入凝胶催化剂后，再加入增强纤维以及纤维分散剂，并静置静置24-72h获得凝胶。增强纤维可以是水镁石纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、石英纤维、莫来石纤维；其中陶瓷纤维表面还可以具备、枝接陶瓷枝晶；其中莫来石纤维表面还可以具备原位生长出的莫来石枝晶，工艺流程如图9所示。纤维分散剂可以是十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠等。
4)老化/陈化：加入乙醇后，静置24-48h。
5)溶剂置换：在硅源中含有金属离子的情况下，先用水洗去除金属离子，再使用有机溶剂进行溶剂置换。若硅源中不含有金属离子，使用有机溶剂进行溶剂置换。有机溶剂可以是乙醇、异丙醇、正己烷的一种或混合。
6)改性：使用改性剂对溶剂置换后的凝胶进行改性处理。改性剂可以是TMCS/正已烷体系、三甲基氯硅烷/正己烷体系(体积比1：9)等，使用改性剂浸泡24-48h进行改性，改性后用正己烷洗涤。改性后的气凝胶具备疏水特性。改性温度是20-50℃。
7)干燥：干燥的方法可以是常温常压干燥、超临界干燥等。常温常压干燥的条件是，分别在60、80和120℃干燥2h，最后得白色二氧化硅气凝胶粉末。在溶剂是乙醇的情况下，在5-20℃，4-8MPa下用液态二氧化碳浸泡2-5天，并放出置换出的乙醇；然后升温至30-50℃，9-15MPa并保持1-3h，然后以0.1-1MPa/h的速度缓慢泄压至常压，即得到气凝胶块体。在溶 剂是乙醇的情况下，升温至超过200℃，压力超过8Mpa后，缓慢泄压，得到气凝胶块体。在溶剂是乙醇的情况下，按预设程序升温升压至临界点后，在恒定温度状态下，以缓慢的速度释放反应釜内部的流体，直至内外压力平衡。随后当温度降至室温时，得到热屏蔽层。
B)防火电热建材连接组装，步骤如下：
1)电热膜制备：通过浸渍涂层、刷涂、喷涂、旋涂、真空过滤、电泳沉积、湿法纺丝法、化学气相沉积法(CVD)和溶液蒸发法等方式在基材层的一面制备电热膜，得到一面为电热膜的基材层；
2)设置电极：可通过电镀、溅射设置电极，如于电热膜上两端镀银。也可通过物理方法，比如可以通过在制作完成后的电热膜上打孔插入金属导体而做成电极，或者通过拧入螺钉形成电极。
3)防火电热建材连接组装：将所述介电层、带有发热模组的基材层和热屏蔽层涂抹胶黏剂，依次堆叠放置，然后进行高温压合得到所述防火电热建材；堆叠的顺序为由下至上依次设置热屏蔽层、基材层、发热模组、介电层，或堆叠的顺序为由下至上依次设置热屏蔽层、介电层、发热模组、基材层。
在一些实施例中，一种防火电热建材，所述防火电热建材由介电层、发热模组、基材层、热屏蔽层组成；所述基材层选自瓷砖、水泥、石膏、玻璃的一种；所述发热模组包括电极和电热膜；所述电热膜选自金属氧化物基电热膜、碳材料基电热膜、金属纳米线基电热膜、混合基电热膜的至少一种；所述热屏蔽层包括绝热层；所述绝热层包括骨架纤维、气凝胶、抗收缩添加剂；所述抗收缩添加剂是硅微粉，所述气凝胶选自外壳为二氧化硅气凝胶包裹层的氧化铝颗粒、外壳为二氧化硅气凝胶包裹层的硅酸铝颗粒、外部包裹氧化铝保护层的二氧化硅气凝胶颗粒中的至少一种。
在一些实施例中，所述碳材料基电热膜原材料选自石墨烯、碳纳米管。
在一些实施例中，所述金属纳米线基电热膜原材料选自银纳米线；所述混合基电热膜原材料选自上述材料中的至少两种混合。
在一些实施例中，所述介电层选自玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚乙烯、硅橡胶、聚丙烯、聚酰胺、特氟龙的至少一种。
在一些实施例中，所述金属氧化物基电热膜选自氟掺杂氧化锡电热膜、铝掺杂氧化锌电热膜、氧化铟锡电热膜。
在一些实施例中，所述绝热层还包括抗收缩添加剂，所述抗收缩添加剂是硅微粉。
在一些实施例中，气凝胶的结构包括外部包裹二氧化硅气凝胶层的氧化铝颗粒、外部包 括二氧化硅气凝胶层的硅酸铝颗粒、外部包裹氧化铝保护层的二氧化硅气凝胶颗粒中的至少一种。
在一些实施例中，所述硅微粉的粒径是1000-3000目。
在一些实施例中，所述硅微粉的添加量是1-15％。
在一些实施例中，所述硅微粉的表面覆有二氧化钛膜。
在一些实施例中，所述二氧化钛是氮掺杂或者氟掺杂的二氧化钛。
在一些实施例中，所述气凝胶的导热率范围是0.01W/m·K-0.06W/m·K。
在一些实施例中，所述气凝胶的粒径范围是10μm-900μm。
在一些实施例中，所述绝热层的在600-800℃下的导热系数是0.015W/m·K-0.02W/m·K。
在一些实施例中，所述绝热层还包括遮光剂，所述遮光剂是二氧化钛粉、石墨粉。
在一些实施例中，所述绝热层的拉伸强度≥1.0MPA，25℃；≥0.3MPA，800℃。
在一些实施例中，所述绝热层的挠曲模量≥6000psi，25℃；≥4000psi，800℃。
在一些实施例中，所述绝热层的生产方法包括：
S100：二氧化硅溶胶制备：将硅源、水、醇、硅微粉混合并搅拌，得到二氧化硅溶胶，搅拌时间为60min；
S200：二氧化硅凝胶制备：向制得的二氧化硅溶胶中加入碱，调节ph值后静置，二氧化硅凝胶；
S300：溶剂置换：使用乙醇对二氧化硅凝胶进行溶剂置换；
S400：干燥：使用常温常压干燥或超临界干燥方式对溶剂置换后的二氧化硅凝胶进行干燥。
在一些实施例中，所述热屏蔽层还包括导热层、热反射层、吸热层的一种或多种。
在一些实施例中，所述导热层的导热系数范围是20W/m·K-50W/m·K。
在一些实施例中，所述金属导热板的材料铜板或铝板。
在一些实施例中，所述吸热层的吸热能力是500kJ-1000kJ/kg。
在一些实施例中，所述吸热层是相变材料，所述相变材料的相变温度是800℃或1000℃或1200℃。
在一些实施例中，所述相变材料是熔融盐，所述熔融盐包括碳酸盐、氯化盐、氟化盐。
在一些实施例中，所述热屏蔽层还包括高温膨胀层，所述高温膨胀层位于相对于金属内壁和/或外壁的最外侧。
在一些实施例中，所述高温膨胀层的厚度是1-5mm，膨胀后的厚度是20-100mm。
在一些实施例中，所述高温膨胀层包含高温发泡剂、多功能碳颗粒和稳定剂。
在一些实施例中，所述高温发泡剂的发泡温度大于500℃，所述高温发泡剂是碳化硅粉末或颗粒。
在一些实施例中，所述多功能碳颗粒可以是石墨、石墨烯；所述稳定剂是二氧化锰。
产品特性/有益效果：
本发明通过将改进的二氧化硅气凝胶应用于防火电热建材，一方面利用了气凝胶隔热性能，减少热量通过基材层传导造成的热量损失，提高了防火电热建材的热效率，达到了更好的单面加热效果，降低了能耗；另一方面，由于气凝胶毡的优异的隔热保温性能，使得绝热层很薄，减少隔热材料的空间占用；另一方面，气凝胶属于不可燃的材料，提升了防火电热建材的防火性能。
热敏变色材料在不同的温度范围呈现出不同的颜色，可以直观地展示防火电热建材目前的温度。同时，在局部过热、短路等故障发生时，热敏变色材料能够使用不同的颜色直观地呈现出故障区域的位置以及指示异常温度，便于在使用过程中及时识别故障并处理。
本发明通过对防火电热建材绝热层的骨架纤维进行了改性和优化，得到表面带有枝晶的纤维，这些枝晶可以使骨架纤维与二氧化硅气凝胶结合的更紧密，使二样氧化硅气凝胶更好的包裹在纤维表面，从而提升绝热层的隔热效果。因为陶瓷纤维纤维的传热较快，互相搭接在一起后由于热传导的效应会降低整个绝热层的隔热效果。二氧化硅气凝胶具有更好的隔热效果，更好的把纤维包裹起来，使得纤维间被隔热性能更好的二氧化硅互相分隔开，从而提高整个绝热层的隔热保温效果。同时骨架线为经处理还获得了疏水性能，疏水的纤维避免了在潮湿环境中因吸水影响陶瓷纤维的内部结构，从而降低隔热性能、影响产品寿命的问题。
由于二氧化硅气凝胶的特性，虽然常温下隔热保温性能非常好，但其在高温情况下的隔热性能不足，传统二氧化硅气凝胶在超过600℃开始融化，在800℃以上纳米孔道开始坍塌，在温度高于1000℃场合已基本失去防火隔热功能，无法满足在应急情况下的耐火要求。本发明通过对防火电热建材的二氧化硅气凝胶做了进一步的改性和优化，向气凝胶中加入抗收缩添加剂添加剂(硅微粉)，通过抗收缩添加剂添加剂(硅微粉)在高温下的晶型变化、体积变化，可以抑制和减少二氧化硅部分的收缩坍塌问题，进一步提高复合气凝胶的耐温性能，从而提升防火电热建材的安全性。
本发明通过对二氧化硅气凝胶做了改性和优化，改进了二氧化硅气凝胶材料的内部结构，将耐火性能更好但隔热性能略差的铝氧化物/铝盐材料与二氧化硅气凝胶结合，形成外壳是铝氧化物/铝盐而内核是二氧化硅气凝胶的复合二氧化硅气凝胶颗粒，或者形成外壳是二氧化硅 气凝胶而内核是铝氧化物/铝盐的复合二氧化硅气凝胶颗粒。这样能够使得二氧化硅气凝胶在高温情况下保持稳定，同时复合的颗粒具有较好的隔热性能，将其应用于防火电热建材后也可以提升其安全性。
本发明通过对防火电热建材的气凝胶进行了改进和优化，合成和使用了由二氧化硅与氧化铝复合的二氧化硅/氧化铝复合气凝胶，复合气凝胶中的二氧化硅部分提供优秀的隔热能力，氧化铝部分提供优秀的耐温性能。氧化铝与二氧化硅分子结合，微观上可以抑制和降低二氧化硅分子在高温情况下的收缩、融化和晶型变化，宏观情况下减少绝热层(气凝胶毡)的掉粉情况，使得气凝胶颗粒在高温情况下仍有隔热性能，满足使用要求。
另外，在一些实施例中，在防火电热建材的绝热层中添加遮光剂，遮光剂包括表面镀有二氧化钛的硅微粉，二氧化钛作为一种遮光剂可以减少高温下的辐射传热，增强二氧化硅气凝胶的高温隔热性能。但由于二氧化钛本身容易团聚的特性，使得将二氧化钛直接加入气凝胶中的高温隔热效果不好。因此将二氧化钛镀膜至硅微粉表面，再加入气凝胶中，既可以发挥硅微粉在高温情况下调节抑制二氧化硅气凝胶收缩的特点，还可以解决二氧化钛团聚的问题，从而进一步的提升二氧化硅气凝胶的高温隔热性能。
另外，在一些实施例中，防火电热建材热屏蔽层还包括导热层，导热层可以迅速的将局部高温分散，降低局部高温对热屏蔽层的破坏。
另外，在一些实施例中，防火电热建材热屏蔽层还包括吸热层，吸热层由储热材料构成。储热材料可以吸收热量并保持温度恒定，使得加热更舒适。
另外，在一些实施例中，防火电热建材热屏蔽层还包括高温膨胀层，高温膨胀层在达到设定的高温后迅速膨胀，其隔热性能在膨胀后迅速增强，从而增强整个热屏蔽层在高温情况下的隔热量性能，减少正常情况下的热屏蔽层体积，降低成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1堆叠的顺序为由下至上依次设置热屏蔽层、基材层、发热模组、介电层的一种防火电热建材结构示意图；
图2热屏蔽层示意图；
图3被耐高温添加剂包裹而制成的气凝胶示意图；
图4绝热层被耐高温保护层包裹示意图；
图5枝晶陶瓷纤维气凝胶示意图；
图6硅微粉表面镀二氧化钛镀层示意图；
图7高温膨胀层在不同温度下形态示意图；
图8一种氧化铝包裹的二氧化硅气凝胶颗粒绝热层制备流程；
图9一种枝晶硅酸铝纤维增强的二氧化硅气凝胶制备流程；
图10堆叠的顺序为由下至上依次设置热屏蔽层、介电层、发热模组、基材层的一种防火电热建材结构示意图；
图11在由下至上依次设置热屏蔽层、基材层、发热模组、介电层的堆叠顺序下，介电层含有热敏变色材料的防火电热建材结构示意图。
图中：100-基材层；150-介电层；151-含有热敏变色材料的介电层；160-发热模组；161-发热膜；162-电极；200-热屏蔽层；210-绝热层；211-硅微粉；212-气凝胶颗粒；213-耐高温添加剂；214-气凝胶；215-二氧化钛浆料；216-二氧化钛浆料包覆的硅微粉颗粒；220-导热层；230-热反射层；250-耐高温保护层；260-高温膨胀层；300-陶瓷纤维；310-陶瓷枝晶；320-枝晶陶瓷纤维气凝胶。
在附图的描述中，相同、相似或相应的附图标记代表相同、相似的或相应的单元、元件或功能。
具体实施方式
术语解释
绝热层：绝热层是热屏蔽层的一部分，通过自身低热导率的特性隔绝热量。
导热层：导热层是热屏蔽层的一部分，通过自身高热导率的特性，将集中的热量迅速分散，降低局部高温导致的结构破坏风险。
热反射层：热反射层是热屏蔽层的一部分，通过自身的反射功能将高温情况下的热辐射反射出去，降低内部的温度。
耐高温添加剂：耐高温添加剂是绝热层的一种配方，用于提高绝热层在高温情况下的理化性能。
[防火电热建材]
在本发明所涉及的一个技术方案中，提供一种防火电热建材，所述防火电热建材包括介电层、发热模组、基材层、热屏蔽层。
介电层选自玻璃、瓷砖、水泥、石膏、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚乙烯、硅橡胶、聚丙烯、聚酰胺或特氟龙。
介电层的厚度为0.05-40mm，优选为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、 2mm、3mm、5mm、10mm、15mm、20mm。
发热模组包括电极和电热膜。
电极选自金属电极，优选地，所述电极材料为铜、银。电极可以分布在电热膜两侧。
电热膜的形式可以是金属氧化物基电热膜、碳材料基电热膜、金属纳米线基电热膜、混合基电热膜的至少一种。
金属氧化物基电热膜原材料选自金属氧化物，金属氧化物包括氟掺杂氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)和氧化铟锡(ITO)，优选为氧化铟锡(ITO)。
碳材料基电热膜原材料选自石墨烯、碳纳米管。
金属纳米线基电热膜原材料选自银纳米线。
混合基电热膜原材料选自上述材料中的至少两种混合，优选为银纳米线与碳纳米管复合。
电热膜的厚度为2-20um，优选为2um、3um、4um、5um、8um、10um、15um。
基材层包括瓷砖、水泥、石膏、玻璃。
根据本发明，所述防火电热建材的温度指示由热敏变色材料实现。一种方式为热敏变色材料均匀分散地于介电层中，另一种方式为以涂料形式分布于介电层表面。
热敏变色材料选自无机可逆热敏涂料和有机可逆热敏涂料。无机可逆热敏涂料包括含有Ag、Cu、Hg的碘化物、络合物、复盐的一种或多种；有机可逆热敏涂料包括含有螺环类、双蒽酮类、席夫碱类、荧烃类、三苯甲烷类的一种或多种有机化合物。
热屏蔽层包含绝热层、导热层、热反射层、吸热层、高温膨胀层。
绝热层包含骨架纤维、气凝胶、抗收缩添加剂。
气凝胶填充于骨架纤维中。进一步地，二氧化硅气凝胶是以颗粒形式填充于骨架纤维中。
气凝胶选自耐高温添加剂包裹的二氧化硅气凝胶颗粒、二氧化硅气凝胶包裹的铝盐或铝氧化物颗粒、硅铝复合的气凝胶颗粒。
骨架纤维由纤维材料制成，纤维材料选自氧化铝纤维、玻璃纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维的至少一种。
进一步地，莫来石纤维表面具有枝晶。
进一步地，绝热层含有高温发泡剂、稳定剂。
高温发泡剂的发泡温度大于500℃，高温发泡剂是碳化硅粉末或颗粒。稳定剂是二氧化锰。加入高温发泡剂的绝热层厚度是1-5mm，高温发泡后的绝热层的厚度是20-100mm。
抗收缩添加剂是硅微粉，所述硅微粉可以是晶态二氧化硅粉粒，也可以是非晶态(无定型)二氧化硅粉粒。
硅铝枝连(枝晶)结构：以陶瓷纤维为骨架纤维，骨架纤维表面枝接陶瓷枝晶；气凝胶包裹于陶瓷与陶瓷枝晶表面，形成枝晶陶瓷纤维气凝胶，气凝胶可以是二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶。其形式如图5所示。
绝热层、导热层、热反射层通过粘合、热压的方式相互固定。热屏蔽层外部还可以使用玻纤布、铝箔层包裹，防止气凝胶碎裂掉粉的现象发生。
进一步地，发明人发现防火电热建材往往局部受到高温影响，从而影响到其结构稳定性，防火电热建材的其余大部分位置，并没有达到设计极限而出现性能问题，这种情况下如失火、过热等紧急情况。因此发明人认为，可以使用导热提升整体防火电热建材隔热、耐温性能，将局部的高温扩散至防火电热建材其余的位置，降低局部的高温从而使得防火电热建材不至于发生失火、过热的问题。
进一步地，发明人还认为，可以在防火电热建材设置吸热层的方式降低局部高温，也可以使得防火电热建材不至于发生失火、过热的问题，提高安全性。同时上述方式还可以避免内部的二氧化硅气凝胶颗粒在高温如600℃以上融化，使得气凝胶绝热达到使用要求。
在本发明所涉及的一个技术方案中，绝热层与导热层、热反射层、吸热层的至少一种进行贴合构成热屏蔽层。
导热层可以是金属导热板，如铜、铝等高导热性能的金属材料；还可以是导热金属结构，如中空的导热夹层；还可以是设置有热管的装置的导热层。其中导热层、热反射层、绝热层依次叠加构成热屏蔽层。
一种布置方式是热反射层、导热层、绝热层依次贴合。
一种布置方式是导热层、热反射层、吸热层、绝热层依次贴合。
一种布置方式是热反射层、吸热层、绝热层依次贴合。
导热层的形式包括硅胶散热膜、石墨散热膜、金属导热板、热管式导热板。金属导热板的材料可以是铜板、铝板。导热层的形式还可以是具有导热结构的通道，如双层中空金属导热板。导热层的在800℃情况下的导热系数范围是20W/m·K-50W/m·K。
吸热层的材料选自相变材料、受热挥发材料等。相变材料为融盐类，熔融盐包括碳酸盐、氯化盐、氟化盐。受热挥发材料包括水、压缩二氧化碳。
高温膨胀层包括高温发泡剂、多功能碳颗粒、稳定剂。高温发泡剂是碳化硅粉末或颗粒。多功能碳颗粒可以是石墨、石墨烯。稳定剂是二氧化锰。高温膨胀层还包括气凝胶颗粒。高温膨胀层还可以包含减水剂，减水剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠。
在绝热层表面还可以覆盖耐高温保护层，或者使用耐高温保护层包裹绝热层，如图4所 示。耐高温保护层可以是氧化铝、硅酸铝等耐热材料。绝热层通过将二氧化硅气凝胶毡浸渍含铝浆料，并经过高温烘干后得到具有氧化铝耐温外壳的二氧化硅气凝胶毡。
在高温情况下，会发生内部二氧化硅微观结构坍塌的问题。通过将耐高温添加剂包覆在二氧化硅气凝胶颗粒表面，耐高温添加剂可以是氧化铝、硅酸铝等耐热材料，其流程及形式如图3所示；或者使用二氧化硅气凝胶包裹铝盐或铝氧化物颗粒，可以避免二氧化硅气凝胶颗粒内部分子结构在600℃以上融化，使得绝热层在高温情况下仍能位置隔温效果，满足耐高温需求。二氧化硅气凝胶以颗粒形式填充于骨架纤维中。
耐高温添加剂包覆后的气凝胶颗粒在800℃情况下的导热系数范围是0.01W/m·K-0.3W/m·K，耐高温添加剂包覆后的二氧化硅气凝胶的起始融化温度是1000℃。绝热层的导热系数是0.01W/m·K-0.5W/m·K。耐高温添加剂包覆后的二氧化硅气凝胶粒径范围是10μm-900μm。耐高温添加剂包覆层的厚度范围是5μm-500μm。
耐高温添加剂包覆后的二氧化硅气凝胶粒径范围是10μm-900μm，优选的粒径范围是10μm-50μm、50μm-100μm、100μm-200μm、200μm-300μm、300μm-500μm、500μm-600μm、600μm-800μm、800μm-900μm。耐高温添加剂213包覆层的厚度范围是5μm-500μm，优选的厚度范围是5μm-15μm、15μm-40μm、40μm-80μm、80μm-150μm、150μm-300μm、300μm-500μm。
根据本发明的实施方案，通过工艺手段将耐火、耐高温性能更强的氧化铝材料与二氧化硅气凝胶复合的方法提升绝热层的高温性能。使用硅铝复合的气凝胶颗粒，可以避免单纯的二氧化硅气凝胶结构在600℃以上融化，同时提高比单纯的氧化铝气凝胶的隔热性能。使得绝热层在高温情况下仍能位置隔温效果。
硅铝复合的气凝胶颗粒在800℃情况下的导热系数范围是0.01W/m·K-0.2W/m·K，硅铝复合的气凝胶颗粒的起始融化温度是1000℃。绝热层的导热系数是0.01W/m·K-0.1W/m·K。硅铝复合的气凝胶颗粒径范围是10μm-900μm。
在本发明所涉及的一个技术方案中，莫来石纤维还可以是纤维表面具有枝晶增强的莫来石纤维。由于硅酸铝可以在1200℃环境下长期使用，通过浸渍和冷冻干燥法在硅酸铝/莫来石纤维表面原位生长出莫来石枝晶。以莫来石纤维为骨架纤维，结合真空浸渍法、溶胶凝胶工艺在莫来石纤维的基础上制备具有耐高温、低导热率的莫来石枝晶增强二氧化硅气凝胶隔热材料。工艺流程如图9所示。
由于硅酸铝材料具有吸水的特性，在潮湿环境中长期使用，会吸收环境中的水分。吸水后硅酸铝纤维的内部结构受到影响，从而降低隔热性能，影响产品寿命。一种优选的技术方案 是，枝晶外所包覆的气凝胶具备疏水特性。另一种优选的技术方案是，枝晶以及纤维经过表面处理具备疏水特性。
抗收缩添加剂是硅微粉，所述硅微粉可以是晶态二氧化硅粉粒，也可以是非晶态(无定型)二氧化硅粉粒。气凝胶的体积在高温情况下(800度以上)会发生体积收缩的现象，导致结构变化而降低隔热保温性能。利用硅微粉，特别是非晶态二氧化硅粉粒在高温情况下的晶相变化导致的体积变化，调整和抑制绝热层在高温下的收缩情况，同时非晶态硅微粉还可以提升绝热层的温度耐受能力。非晶态硅微粉是二氧化硅材料，在温度变化下会有晶型的转变带来的体积变化的现象。非晶态硅微粉体积的膨胀在绝热层经历高温过程中会抑制和降低内应力，从而减少绝热层内部的结构变化而稳定其在高温情况下的隔热保温性能。
非晶态硅微粉的粒径是800-8000目、1000-2000目、2000-3000目、3000-4000目、4000-5000目、5000-6000目、6000-7000目、7000-8000目、1000-1500目、1500目-3000目，或10-800nm、10-100nm、50-200nm、100-400nm、300-800nm。优选的粒径是800-1000目、1000-1200目、1000-3000目。硅微粉添加量是3-25％、1-10％、3-15％、5-20％、5-25％、10-25％，优选的添加量是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％。非晶态硅微粉的添加量为1-20％、1-15％、2-10％、3-8％。优选的粒径可以更好的促进硅、铝和氧键的结合，使得结构更加稳定。优选的添加量可以更好的提升材料在高温的抗收缩的能力，同时保持较高的隔热性能与机械强度。
在高温情况下，热辐射的现象增强。为了减少高温情况下由于热辐射现象导致的隔热性能变差的情况，可以在材料中添加遮光剂，降低辐射现象。二氧化钛是一种常用的遮光剂，但是二氧化钛在添加的过程中容易出现团聚的现象，使得二氧化钛无法均匀分散，尤其在溶胶-凝胶过程中会出现团聚现象，影响最终的遮光效果。
遮光剂是二氧化钛，由于二氧化钛在添加过程中容易团聚，因此在添加过程中还加入分散剂抑制二氧化钛的团聚现象。
还可以通过将二氧化钛镀膜至硅微粉表面，使其稳定的与硅微粉表面结合，从而抑制二氧化钛的团聚现象，如图6所示。二氧化钛可以采用氟掺杂或者氮掺杂的二氧化钛纳米颗粒，增强红外波段的遮光效果。二氧化钛晶型可以是锐钛矿型。
还可以应用增透膜原理，通过设置镀膜的厚度增强对红外波段辐射的吸收，还可以通过设置多层增透膜进一步的增强对红外波段辐射的吸收。
硅微粉在高温并含有铝元素的情况下，会向莫来石方向进行反应和转变，莫来石是一种优秀的耐火材料，因此硅微粉的加入进一步提高了二氧化硅气凝胶毡的耐高温能力。
绝热层的防火等级是不燃A级。绝热层的密度是50-500kg/m3，优选的密度是60kg/m3、 70kg/m3、80kg/m3、90kg/m3、100kg/m3、150kg/m3、200kg/m3、250kg/m3、300kg/m3、350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3。绝热层的导热系数范围是：≤0.025W/(m·K)(25℃)，优选的范围是≤0.020W/(m·K)(25℃)；≤0.080W/(m·K)(600℃)；优选的范围是≤0.060W/(m·K)(600℃)。绝热层的厚度范围是≥1mm；优选的厚度范围是≥30mm。
吸热层由储热材料构成，储热材料可以是相变材料、受热挥发材料等，还可以是预置的降温材料如预置水仓、预置二氧化碳仓等，在遇到高温时候可以释放装载的水、二氧化碳等降温载体，吸收热量。相变材料可以吸收热量并保持温度恒定，从而在局部有高温的情况下，吸收热量产生相变而温度不升高，进而保护绝热层的气凝胶结构不坍塌，使得绝热层维持隔热效果，从而使得整个热屏蔽层在高温下仍能保持隔温效果。相变材料为融盐类，熔融盐包括碳酸盐、氯化盐、氟化盐。
高温膨胀层包括高温发泡剂、多功能碳颗粒、稳定剂。高温发泡剂的发泡温度大于500℃，高温发泡剂是碳化硅粉末或颗粒，如图7所示。多功能碳颗粒可以是石墨、石墨烯。稳定剂是二氧化锰。高温膨胀层的厚度是1-5mm，膨胀后的厚度是20-100mm。一种优选的方案是高温膨胀层还包括气凝胶颗粒，以提升高温膨胀层的隔热性能。气凝胶颗粒的添加的质量比例是3-5％。高温膨胀层还可以包含减水剂，减水剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠。
高温膨胀层在遇到高温时候碳化硅会膨胀发泡，高温膨胀层的厚度增加、导热率降低，同时内部添加的多功能碳颗粒在高温情况下兼具遮光剂的作用，减少高温情况下的热辐射。保护防排烟风管在高温情况下的结构稳定。多功能碳颗粒在高温膨胀层未发泡情况下(500℃以下)，由于还处于紧密压合状态，其具有比较好的导热功能，可以快速分散热量，降低局部过热的情况。当温度超过500℃以上时，通过导热分散也无法使得整体温度低于排烟风管可耐受的温度时候，高温膨胀层膨胀发泡，其中的多功能碳颗粒由于被分散不在紧密连接导热性能消失，高温膨胀层由导热功能变为具有高温隔热性能的功能层。同时这些多功能碳颗粒在这种状况下，具有对红外线的吸收作用，起到了遮光剂的作用，进一步提高了高温状态下的隔热性能。
[防火电热建材的制备方法]
本发明提供防火电热建材的制备方法，包括如下步骤：
A)热屏蔽层制备步骤：
1)溶胶制备：将硅源、水、醇、硅微粉混合，还可以加入水解催化剂加速水解获得含硅溶胶。硅源选自硅酸钠、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯等，水解催化剂选自盐酸、草酸、硝酸、硫酸等。硅微粉选自晶态二氧化硅粉粒、非晶态(无定型)二氧化硅粉粒。醇选自乙醇或甲醇。
2)遮光剂增强：向制备好的溶胶中加入遮光剂、分散剂，遮光剂选自二氧化钛、炭黑、SiC、六钛酸钾、ZrO2等，二氧化钛可以是二氧化钛粉粒或镀有二氧化钛膜的硅微粉。分散剂选自硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚羧酸酯、聚甲基丙烯酸铵、聚乙二醇。
3)凝胶制备：加入凝胶催化剂使得含硅溶胶转变为凝胶。凝胶催化剂选自氨水、二甲基甲酰胺等。加入凝胶催化剂后，静置24-72h获得凝胶。还可以加入凝胶催化剂后，将其浇筑至纤维预制件中后静置24-72h获得凝胶。还可以在加入凝胶催化剂后，再加入增强纤维以及纤维分散剂，并静置静置24-72h获得凝胶；增强纤维选自水镁石纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、石英纤维；纤维分散剂可以是十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠等。
4)老化/陈化：加入乙醇后，静置24-48h。
5)溶剂置换：在硅源中含有金属离子的情况下，先用水洗去除金属离子，再使用有机溶剂进行溶剂置换。若硅源中不含有金属离子，使用有机溶剂进行溶剂置换。有机溶剂可以是乙醇、异丙醇、正己烷的一种或混合。
6)改性：使用改性剂对溶剂置换后的凝胶进行改性处理。改性剂可以是TMCS/正已烷体系、三甲基氯硅烷/正己烷体系(体积比1：9)等，使用改性剂浸泡24-48h进行改性，改性后用正己烷洗涤。改性后的气凝胶具备疏水特性。改性温度是20-50℃。
7)干燥：干燥的方法可以是常温常压干燥、超临界干燥等。常温常压干燥的条件是，分别在60、80和120℃干燥2h，最后得白色二氧化硅气凝胶。在溶剂是乙醇的情况下，在5-20℃，4-8MPa下用液态二氧化碳浸泡2-5天，优选的液态二氧化碳浸泡时间是3天或4天，并放出置换出的乙醇；然后升温至30-50℃，9-15MPa并保持1-3h，然后以0.1-1MPa/h的速度缓慢泄压至常压，即得到气凝胶块体。使用乙醇超临界干燥的情况下，升温至超过200℃，压力超过8Mpa后，缓慢泄压，得到气凝胶块体。在溶剂是乙醇的情况下，按预设程序升温升压至临界点后，在恒定温度状态下，以缓慢的速度释放反应釜内部的流体，直至内外压力平衡。随后当温度降至室温时，得到成品。
B)防火电热建材连接组装，步骤如下：
1)电热膜制备：通过浸渍涂层、刷涂、喷涂、旋涂、真空过滤、电泳沉积、湿法纺丝法、化学气相沉积法(CVD)和溶液蒸发法等方式在基材层的一面制备电热膜，得到一面为电热膜的基材层；
2)设置电极：可通过电镀、溅射设置电极，如于电热膜上两端镀银。也可通过物理方法，比如可以通过在制作完成后的电热膜上打孔插入金属导体而做成电极，或者通过拧入螺钉形成电极。
3)防火电热建材连接组装：将所述介电层、带有发热模组的基材层和热屏蔽层涂抹胶黏剂，依次堆叠放置，然后进行高温压合得到所述防火电热建材；堆叠的顺序为由下至上依次设置热屏蔽层、基材层、发热模组、介电层。或堆叠的顺序为由下至上依次设置热屏蔽层、介电层、发热模组、基材层。
制备例1
莫来石枝晶制备方法如下：
(1)浸渍：将硅酸铝纤维毡浸入浸渍液中，浸渍液是硅溶胶。浸渍环境可以是低压、真空，浸渍的时间为15min。
(2)冷冻干燥：将浸渍硅溶胶的硅酸铝纤维毡进行冷冻处理，冷冻温度是-20℃，冷冻时间30分钟。
(3)重复操作：重复步骤(1)浸渍和(2)干燥步骤，第二次浸渍的浸渍液是AlNO3溶液，第三次为NH4F溶液。三次浸渍的硅源、铝源、氟源的摩尔比例是1:3:12。
(4)热处理：完成三次浸渍及冷冻干燥后，将浸渍后的硅酸铝纤维毡放入高温烧结炉中进行热处理。热处理时，起始温度为50℃，先以2℃/min的升温速率升至200℃，然后以5℃/min的升温速率升至1200℃，保温2h，最后让烧结炉自然冷却至室温，制得具有枝晶莫来石纤维。
制备例2
硅微粉二氧化钛镀膜方法如下：
(1)二氧化钛前驱体制备：配方包括钛源、去离子水、酸、水解抑制剂、溶剂；钛源可以是钛酸四丁酯、钛酸四乙酯、钛酸四丙酯等钛酸酯中的至少一种。
(2)含硅前驱体制备：配方包括硅源、酸性催化剂、溶剂、pH调节剂；硅源可以是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等硅氧烷中的至少一种，或者二氧化钛粉末。含硅前驱体还可以包括聚丙二醇、环氧乙烷。
(3)二氧化钛溶胶液制备：将二氧化钛前驱体与含硅前驱体混合制得二氧化钛溶胶。或者直接使用二氧化钛前驱体作为二氧化钛溶胶。
(4)硅微粉镀膜：将硅微粉浸渍于二氧化钛溶胶中5-15min后取出，并至于400-600℃烘干。
在二氧化钛溶胶中加入含硅前驱体，其中的硅源可以更好的使得钛源/二氧化钛与硅微粉表面结合。
制备例3
耐高温保护层包覆方法如下：
耐高温保护层覆盖于绝热层表面，或者包裹绝热层，如图4所示。耐高温保护层可以是氧化铝、硅酸铝等耐热材料。通过将绝热层浸渍含铝浆料，并经过高温烘干后得到具有氧化铝耐温外壳的绝热层。具体的制备方法是：
(1)耐高温浆料制备：将氢氧化铝、陶瓷纤维、水按照一定比例混合制成浆料。或者还可以将铝盐、陶瓷纤维、水按照一定比例混合后，调节酸碱度生成含有氢氧化铝的浆料。
(2)耐高温浆料涂覆：将绝热层浸渍至耐高温浆料中。
(3)耐高温保护层干燥：将经过耐高温浆料浸渍的绝热层加热进行高温处理，烘干浆料制得含有耐高温保护层的绝热层。
(4)疏水性处理：在绝热层外部包裹疏水材料，疏水材料可以是聚合物包膜、疏喷剂等。
制备例4
氧化铝凝胶颗粒的制备方法如下：
(1)制备氧化铝溶胶：水合氧化铝粉体(德国Condea公司产纯勃姆石粉)50g，300ml水，加入60ml的1.6mol/l硝酸，水解温度是85℃，2h，得到稳定的氧化铝溶胶。
(2)制备氧化铝凝胶：向150ml氧化铝溶胶中加入5ml乙酰乙酸乙酯，得到氧化铝凝胶，并通过机械破碎的方式得到氧化铝凝胶颗粒。
制备例5
氧化铝溶胶制备方法是：将异丙醇铝30g、270ml水混合，加入0.1ml乙酰乙酸乙酯，将异丙醇铝水解，水解温度是75℃，水解时间3h，得到稳定的氧化铝溶胶。
实施例1
在本发明所涉及的一个技术方案中，提供一种防火电热建材，其制备方法如下。
A)热屏蔽层制备，步骤如下：
(A1)二氧化硅溶胶制备：将硅源、水、醇混合，取正硅酸乙酯440ml、水72ml、乙醇720ml、盐酸1ml，硅微粉20g，硅微粉粒径为1000目，加入容器中搅拌，还可以增加超声分散步骤更好的分散硅微粉，得到硅溶胶。搅拌或超声分散时间为30min-120min，优选的搅拌时间是60mi，优选的超声分散时间是30min。
(A2)凝胶制备：取500ml硅溶胶，加入1ml氨水，静置36h获得凝胶。
(A3)溶剂置换：使用乙醇溶剂进行溶剂置换。
(A4)干燥：在5℃，5.5MPa下用液态二氧化碳浸泡，并放出置换出的乙醇；然后升温至 35℃，10.5MPa并保持3h，然后以0.5MPa/h的速度缓慢泄压至常压，即得到气凝胶块体。在溶剂是乙醇的情况下，升温至超过240℃，压力超过8Mpa后，缓慢泄压，得到气凝胶块体。在溶剂是乙醇的情况下，按预设程序升温升压至临界点后，在恒定温度状态下，以缓慢的速度释放反应釜内部的流体，直至内外压力平衡。随后当温度降至室温时，得到热屏蔽层。本实施例制备得到的热屏蔽层厚度为1mm。
B)防火电热建材连接组装，步骤如下：
(B1)发热层与基材层连接：将基材层的一面喷涂石墨烯，得到一面为发热膜的基材层；所用基材为瓷砖，厚度为10mm。
(B2)设置电极：将银电镀在上述电热膜两端，完成电极设置，得到一面为电热膜的基材层。
(B3)贴合：介电层、带有发热模组的基材层和热屏蔽层涂抹胶黏剂，按照由下至上依次为热屏蔽层、基材层、发热模组、介电层堆叠放置，然后进行高温压合得到防火电热建材。
经测试，本实施例的防火电热建材中的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表1中；防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
实施例2
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A1)中，硅微粉为30g。
经测试，本实施例的防火电热建材中的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表1中；防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
实施例3
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A1)中，硅微粉为10g。
经测试，本实施例的防火电热建材中的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表1中；防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
实施例4
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A1)中，硅微粉替换为了表面镀有二氧化钛镀膜的硅微粉20g。
经测试，本实施例的防火电热建材中的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表1中；防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
本发实施例要解决的技术问题是为了抑制高温情况下热辐射增强，加入二氧化钛遮光剂， 但二氧化钛遮光剂会发生团聚的问题。采用加入表面镀有二氧化钛镀膜的硅微粉。在解决二氧化钛团聚问题的同时，还可以抑制气凝胶材料高温收缩的问题。
实施例5
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A3)中，将溶胶浇筑至了具有枝晶的莫来石纤维预制件中进行静置。
经测试，本实施例的防火电热建材中的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表2中；防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
实施例6
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A2)中，在获得凝胶后，将凝胶破碎为二氧化硅凝胶颗粒，并将破碎的二氧化硅凝胶颗粒50g加入200ml氧化铝溶胶中，并加入15g聚乙二醇使氧化铝溶胶凝胶化。最终获得外壳是氧化铝气凝胶内核是二氧化硅气凝胶的核壳结构气凝胶。
经测试，本实施例的防火电热建材中的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表2中；防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
实施例7
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A1)中，还加入氧化铝凝胶颗粒100g；步骤C中，硅溶胶的取用量为300ml。最终获得外壳是二氧化硅气凝胶内核是氧化铝气凝胶的核壳结构气凝胶。
经测试，本实施例的防火电热建材的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表2中；防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
实施例8
本对比例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(B3)中，按照由下至上依次为热屏蔽层、介电层、发热模组、基材层堆叠放置。
经测试，防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3中。
实施例9
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例2，不同在于，步骤(B3)中，按照由下至上依次为热屏蔽层、介电层、发热模组、基材层堆叠放置。
经测试，防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试记录于表3 中。
实施例10
本实施例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A4)中，制备得到的热屏蔽层厚度为2mm。
经测试，本实施例的防火电热建材的介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试结果记录于表3中。
对比例1
本对比例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，步骤(A2)中，不添加硅微粉。
经测试，本实施例的防火电热建材中的热屏蔽层的收缩率和导热系数测试结果记录于表1中；防火电热建材的介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度测试结果记录于表3中。
对比例2
本对比例的防火电热建材的制备方法基本同实施例1，不同在于，没有制备步骤(A)的热屏蔽层；不同在于，步骤(B3)中，不含有热屏蔽层。
经测试，本实施例的防火电热建材的介电层温度和基材层远离发热模组一侧的温度测试结果记录于表3中。
测试例
将上述实施例和对比例制备得到的防火电热建材，测试介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度，具体测试方法如下：
使防火电热建材在额定工作电压下工作，使其升温达到稳定工作状态后，按GB/T 7287-2008规定的方法测量防火电热建材介电层温度和热屏蔽层远离发热模组一侧的温度，记录于表3中。
表1
表2
表3

Claims (17)

  1. 一种防火电热建材，其特征在于，所述防火电热建材由介电层、发热模组、基材层、热屏蔽层组成；所述基材层选自瓷砖、水泥、石膏、玻璃的一种；所述发热模组包括电极和电热膜；所述电热膜选自金属氧化物基电热膜、碳材料基电热膜、金属纳米线基电热膜、混合基电热膜的至少一种；所述热屏蔽层包括绝热层；所述绝热层包括骨架纤维、气凝胶、抗收缩添加剂；所述抗收缩添加剂是硅微粉，所述气凝胶选自外壳为二氧化硅气凝胶包裹层的氧化铝颗粒、外壳为二氧化硅气凝胶包裹层的硅酸铝颗粒、外部包裹氧化铝保护层的二氧化硅气凝胶颗粒中的至少一种。
  2. 根据权利要求1所述的防火电热建材，其特征在于，所述碳材料基电热膜原材料选自石墨烯、碳纳米管。
  3. 根据权利要求2所述的防火电热建材，其特征在于，所述金属纳米线基电热膜原材料选自银纳米线；所述混合基电热膜原材料选自上述材料中的至少两种混合。
  4. 根据权利要求3所述的防火电热建材，其特征在于，所述介电层选自玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚乙烯、硅橡胶、聚丙烯、聚酰胺、特氟龙的至少一种。
  5. 根据权利要求4所述的防火电热建材，其特征在于，所述金属氧化物基电热膜选自氟掺杂氧化锡电热膜、铝掺杂氧化锌电热膜、氧化铟锡电热膜。
  6. 根据权利要求5所述的防火电热建材，其特征在于，所述介电层的厚度为0.05-10mm。
  7. 根据权利要求6所述的防火电热建材，其特征在于，所述热屏蔽层、所述基材层、所述发热模组、所述介电层的堆叠顺序依次是热屏蔽层、基材层、发热模组、介电层；或依次是热屏蔽层、介电层、发热模组、基材层。
  8. 根据权利要求7所述的防火电热建材，其特征在于，所述硅微粉的粒径是1000-3000目。
  9. 根据权利要求8所述的防火电热建材，其特征在于，所述硅微粉的添加量是1％-15％。
  10. 根据权利要求9所述的防火电热建材，其特征在于，所述硅微粉的表面覆有二氧化钛膜。
  11. 根据权利要求10所述的防火电热建材，其特征在于，所述二氧化钛膜是氮掺杂或者氟掺杂的二氧化钛膜。
  12. 根据权利要求11所述的防火电热建材，其特征在于，所述绝热层还含有遮光剂，所述遮光剂选自二氧化钛粉或石墨粉。
  13. 根据权利要求12所述的防火电热建材，其特征在于，所述气凝胶的粒径范围是10μm-900μm。
  14. 根据权利要求13所述的防火电热建材，其特征在于，所述热屏蔽层还包括导热层、吸热层、热反射层的至少一种。
  15. 权利要求1-14任意一项所述的防火电热建材的制备方法，其特征在于，所述防火电热建材的制备步骤包括：
    A热屏蔽层制备：
    A1二氧化硅溶胶制备：将硅源、水、醇、硅微粉混合并搅拌，得到二氧化硅溶胶，搅拌时间为30-60min；
    A2二氧化硅凝胶制备：向制得的二氧化硅溶胶中加入碱，调节ph值后静置，二氧化硅凝胶；
    A3溶剂置换：使用乙醇对二氧化硅凝胶进行溶剂置换；
    A4干燥：使用常温常压干燥或超临界干燥方式对溶剂置换后的二氧化硅凝胶进行干燥；
    B防火电热建材连接组装：
    B1电热膜制备：将电热膜材料附着于基材层，得到一面为电热膜的基材层；
    B2设置电极：通过电镀或溅射的方法在所述电热膜表面设置电极；
    B3防火电热建材连接组装：将介电层、带有发热模组的基材层和热屏蔽依次连接。
  16. [根据细则91更正 09.08.2023]
    根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述电热膜材料附着于基材层的方法是浸渍涂层、刷涂、喷涂、旋涂、真空过滤、电泳沉积、湿法纺丝法、化学气相沉积法和溶液蒸发法的一种。
  17. [根据细则91更正 09.08.2023]
    根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述超临界干燥方式是乙醇超临界干燥，所述乙醇超临界干燥的方法是升温至超过240℃，压力超过8Mpa后，缓慢泄压。
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