[发明专利]热绝缘膨体聚四氟乙烯制品

说明书

描述了热绝缘材料和制品。在一个实施方式中，热绝缘材料包括聚合物基质、气凝胶颗粒和膨体微球；其中，气凝胶颗粒的量为30重量％或更高，聚合物基质的量大于或等于20重量％，并且膨体微球的量为0.5重量％至15重量％，重量百分比是基于聚合物基质、气凝胶颗粒和膨体微球的总重量计；并且在大气条件下，热绝缘材料的热导率小于40mW/m K。

技术领域

本公开一般涉及热绝缘材料及其制品，更具体地，涉及包含热绝缘颗粒、聚合物基质和可膨胀微球的热绝缘材料，所述热绝缘颗粒包括例如气凝胶颗粒。

背景技术

气凝胶用于热绝缘的应用和气凝胶的低热导率的用途是众所周知的。令人满意的热导性是气凝胶的大于约95％的极高孔隙率和气凝胶材料的小孔径(在大气压下小于空气分子的平均自由程尺寸，或小于约100nm)的结果。由于孔径小，材料中的空气分子的迁移受到限制，并且空气传导热的效果减小，因此得到低的热导率。在环境条件下，空气的热导率约为25mW/m K(毫瓦/米开尔文)。具有较大孔径的绝缘体如泡沫、棉絮、羊毛和其它常见的热绝缘材料的热导率约为40mW/m K，由于辐射和固体传导的原因，该热导率高于空气的热导率。已知气凝胶粉末和珠粒的热导率约为9～20mW/m K。但是，这种高孔隙率低密度的材料不能以粉末形式用于多种应用，因为其产生大量粉尘，使得安装、操作、成形和塑型特别困难，并进一步导致安全问题。

制造气凝胶的传统方法通常包括用超临界流体萃取。这些方法常包括以下步骤：将气凝胶前体液体倾入到模具中，经过多次液体交换，干燥气凝胶液体以形成高孔隙率的凝胶结构，以及使用超临界流体萃取形成气凝胶整体件。诸如使用超临界流体萃取在内的方法非常耗时并且不便宜。另外，生产的结构是刚性的，具有低的机械强度，并且在形成气凝胶材料之后进一步模制或成形成所需形状的能力有限。在挠曲时，这些材料通常开裂或粉碎，并且以气凝胶细颗粒的脱落或“产生粉尘”而为人所知。

在尝试增加气凝胶材料的挠性和强度中，Stepanian等人的美国专利公开2002/0094426教导了与增强结构(特别是蓬松的纤维棉絮)组合的气凝胶材料。优选地，气凝胶通过与随机取向的微纤维和/或传导层组合的纤维棉絮结构来增强。为了形成气凝胶片，将形成气凝胶的前体液体倾入到棉絮中并超临界干燥以形成气凝胶。公开了得到的增强气凝胶结构是可悬垂的，挠曲时比较不容易粉碎，比较不容易脱落细气凝胶颗粒。然而，由于这些结构缺少可塑性和可成形性，以及与超临界萃取步骤相关的成本，因此这些材料的应用受到限制。

为了克服通常与增强的气凝胶有关的脆性，Frank等人的第5,786,059号美国专利教导了将气凝胶粉末胶合在一起形成连续产品。具体地，具有纤维网层和气凝胶颗粒的气凝胶复合材料优选形成为垫或面板。纤维网包括两种紧密互连的聚合物的双组分纤维材料，这两种紧密互连的聚合物具有较低温和较高温的熔化区域，气凝胶颗粒被散布到这些区域中。在加热到较低的熔化温度时，纤维网的纤维彼此结合并且与气凝胶颗粒结合。所得到的复合物具有相对较硬的结构，在施加机械应力时，颗粒破裂或变得与纤维脱离，使得气凝胶可能从纤维网脱落。

Smith等人在第6,172,120号美国专利中公开了一种用于制造气凝胶的方法，其中，气凝胶作为粉末而不是整体块或片来形成。该制造方法具有形成气凝胶时无需超临界流体萃取步骤的优点。但是，粉末形式的气凝胶由于其产生大量粉尘和缺少可成形性而不能用于多种应用。

Ristic-Lehmann等人的第7,118,801号美国专利教导了一种用于多种应用的材料，这些应用包括用于服装、容器、管道、电子装置等的绝缘应用。其中，包括气凝胶颗粒和聚四氟乙烯(PTFE)的'801公开的材料是可成形的，具有低颗粒脱落性和低热导性。由这种材料制成的复合物可以挠曲、拉伸和扭曲，并且几乎没有气凝胶颗粒脱落或传导性制的丧失。