[发明专利]气凝胶绝缘面板及其制造

说明书

本发明提供气凝胶绝缘面板及其制造。特别地，提供关于自气凝胶作成的绝缘面板的物件和制造方法，且具体为聚酰亚胺气凝胶。这些绝缘面板具有广泛应用，具体包括航空航天应用。

本申请是申请号为201480012986.2、申请日为2014年3月10日、发明名称为“气凝胶绝缘面板及其制造”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明关于可用于航空航天应用中的层压面板。该面板包括聚酰亚胺系气凝胶层、至少一层表皮(facesheet)层、以及在该表皮上的反射保护层。

背景技术

本发明针对层压面板，其包括聚酰亚胺系气凝胶层、至少一层表皮层、以及位于该表皮上的反射保护层。该气凝胶层起绝缘和结构上支撑该面板两种作用。

航空航天面板难以设计和生产。航空航天旅行天然地要求面板材料上的环境应力远高于那些材料在典型应用中面对的应力。因此，在设计航空航天面板中使用的材料必须具有足以承受那些压力环境中极端条件的耐久性。航空航天旅行也天然地需要尽可能轻质的面板材料。这些材料在密度和重量上的微小差异可能对面板的功能性以及航空航天装置整体功能性和能量效率产生显着影响。因此，必须选择航空航天面板中的结构性材料和绝缘材料，并将其优化用于航空航天旅行中发现的特殊挑战。

气凝胶复合材料具有的物理性质和化学性质可潜在地优化以承受航空航天面板设计的需求。气凝胶揭示了基于其结构的一类材料；即表面积大(一般为900m²/g或更高)且孔径小于纳米规格的低密度开孔结构。可通过以空气替换湿凝胶中的液体溶剂而基本不改变或崩毁网状结构(如，孔特征)或凝胶体的体积，从而制备气凝胶。使用超临界和亚临界流体萃取技术自该凝胶萃取流体，而不造成孔的崩毁。已知多种不同的无机和有机气凝胶组合物。无机气凝胶通常基于金属烷氧化物，且包括诸如氧化硅、碳化物和氧化铝的材料。有机气凝胶包括碳气凝胶和聚合性气凝胶如聚酰亚胺。

气凝胶主要通过最小化传导(低密度、曲折路径用于热转移通过该纳米结构)、对流(非常小的孔径最小化了对流)和辐射(IR抑制掺杂进可轻易分散于整个气凝胶基质中)而起热绝缘体的功能。依据其配方，气凝胶可在550℃及以上的温度起作用。广泛认为，低至中密度气凝胶材料(典型为约0.01g/cm至约0.3g/cm的范围)是最好的固体热绝缘体，且在37.8℃和大气压力下具有约12mW/m-K及以下的热导率。

也可以在生产过程中以纤维增强气凝胶，以提供显着的结构稳定性和回弹性，尤其是在高挠曲应变应用中。气凝胶薄片(典型为约0.1mm与约25mm之间)的挠曲令大片气凝胶组合物的制造成为可能，该组合物保留气凝胶的大部分有用品质如低密度和低热导率。

因此，对于具有容许航空航天面板的优化设计和制造的强度、热导率和密度性质的结构性和绝缘材料存在需求。具体地，对于具有容许航空航天面板的有效设计和制造的强度、热导率和密度性质的优化气凝胶材料存在需求。对于有效合并该优化气凝胶材料的层压航空航天面板也存在需求。

发明内容

本发明揭示一种层压面板，包含(a)具有两个主面的聚酰亚胺系气凝胶层；(b)位于该气凝胶层至少一个主面上的表皮；以及(c)与该表皮相邻的反射层。该面板可在该气凝胶层的两个主面上均包括表皮。该面板可额外包括边封以密封该面板的边缘。该面板可包含穿透或未穿透该面板的至少一个孔，以便于固定。

该面板包括聚酰亚胺系气凝胶层。本发明中使用的聚酰亚胺系气凝胶可被碳化。碳化可通过在高温及惰性气氛中热解而进行。本发明中使用的碳化形式的气凝胶可具有0与20％之间的氮含量。本发明中使用的气凝胶也可含有氧化硅组分。这些氧化硅组分可以是与聚酰亚胺的物理混合物或共价链接至氧化硅。该气凝胶层也可使用纤维增强。该气凝胶可包含遮光剂，如二氧化钛、碳化硅、碳黑、石墨、磷酸盐、硼酸盐、金属硅酸盐、茂金属、钼酸盐、锡酸盐、氢氧化物、碳酸盐、氧化锌、氧化铝、氧化锑、镁-锌掺混物、镁-锌-锑掺混物、或其组合。