[發明專利]熱絕緣膨體聚四氟乙烯制品

在審

• 申請號: 201880023234.4
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN110506073A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: G·D·達西;J·R·漢拉罕;S·R·阿伯丁;J·W·亨德森;K·J·梅布;A·杜塔;G·D·古勒
• 申請（專利權）人: W.L.戈爾及同仁股份有限公司
• 主分類號: C08J9/32
• 分類號: C08J9/32;C08J9/00;C08K7/22;C08L27/18;C08J5/18;B29D7/01;B32B5/00
• 代理公司: 31100 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 江磊;張璐<國際申請>=PCT/US20

描述了熱絕緣材料和制品。在一個實施方式中，熱絕緣材料包括聚合物基質、氣凝膠顆粒和膨體微球；其中，氣凝膠顆粒的量為30重量％或更高，聚合物基質的量大于或等于20重量％，并且膨體微球的量為0.5重量％至15重量％，重量百分比是基于聚合物基質、氣凝膠顆粒和膨體微球的總重量計；并且在大氣條件下，熱絕緣材料的熱導率小于40mW/m K。

技術領域

本公開一般涉及熱絕緣材料及其制品，更具體地，涉及包含熱絕緣顆粒、聚合物基質和可膨脹微球的熱絕緣材料，所述熱絕緣顆粒包括例如氣凝膠顆粒。

背景技術

氣凝膠用于熱絕緣的應用和氣凝膠的低熱導率的用途是眾所周知的。令人滿意的熱導性是氣凝膠的大于約95％的極高孔隙率和氣凝膠材料的小孔徑(在大氣壓下小于空氣分子的平均自由程尺寸，或小于約100nm)的結果。由于孔徑小，材料中的空氣分子的遷移受到限制，并且空氣傳導熱的效果減小，因此得到低的熱導率。在環境條件下，空氣的熱導率約為25mW/m K(毫瓦/米開爾文)。具有較大孔徑的絕緣體如泡沫、棉絮、羊毛和其它常見的熱絕緣材料的熱導率約為40mW/m K，由于輻射和固體傳導的原因，該熱導率高于空氣的熱導率。已知氣凝膠粉末和珠粒的熱導率約為9～20mW/m K。但是，這種高孔隙率低密度的材料不能以粉末形式用于多種應用，因為其產生大量粉塵，使得安裝、操作、成形和塑型特別困難，并進一步導致安全問題。

制造氣凝膠的傳統方法通常包括用超臨界流體萃取。這些方法常包括以下步驟：將氣凝膠前體液體傾入到模具中，經過多次液體交換，干燥氣凝膠液體以形成高孔隙率的凝膠結構，以及使用超臨界流體萃取形成氣凝膠整體件。諸如使用超臨界流體萃取在內的方法非常耗時并且不便宜。另外，生產的結構是剛性的，具有低的機械強度，并且在形成氣凝膠材料之后進一步模制或成形成所需形狀的能力有限。在撓曲時，這些材料通常開裂或粉碎，并且以氣凝膠細顆粒的脫落或“產生粉塵”而為人所知。

在嘗試增加氣凝膠材料的撓性和強度中，Stepanian等人的美國專利公開2002/0094426教導了與增強結構(特別是蓬松的纖維棉絮)組合的氣凝膠材料。優選地，氣凝膠通過與隨機取向的微纖維和/或傳導層組合的纖維棉絮結構來增強。為了形成氣凝膠片，將形成氣凝膠的前體液體傾入到棉絮中并超臨界干燥以形成氣凝膠。公開了得到的增強氣凝膠結構是可懸垂的，撓曲時比較不容易粉碎，比較不容易脫落細氣凝膠顆粒。然而，由于這些結構缺少可塑性和可成形性，以及與超臨界萃取步驟相關的成本，因此這些材料的應用受到限制。

為了克服通常與增強的氣凝膠有關的脆性，Frank等人的第5,786,059號美國專利教導了將氣凝膠粉末膠合在一起形成連續產品。具體地，具有纖維網層和氣凝膠顆粒的氣凝膠復合材料優選形成為墊或面板。纖維網包括兩種緊密互連的聚合物的雙組分纖維材料，這兩種緊密互連的聚合物具有較低溫和較高溫的熔化區域，氣凝膠顆粒被散布到這些區域中。在加熱到較低的熔化溫度時，纖維網的纖維彼此結合并且與氣凝膠顆粒結合。所得到的復合物具有相對較硬的結構，在施加機械應力時，顆粒破裂或變得與纖維脫離，使得氣凝膠可能從纖維網脫落。

Smith等人在第6,172,120號美國專利中公開了一種用于制造氣凝膠的方法，其中，氣凝膠作為粉末而不是整體塊或片來形成。該制造方法具有形成氣凝膠時無需超臨界流體萃取步驟的優點。但是，粉末形式的氣凝膠由于其產生大量粉塵和缺少可成形性而不能用于多種應用。

Ristic-Lehmann等人的第7,118,801號美國專利教導了一種用于多種應用的材料，這些應用包括用于服裝、容器、管道、電子裝置等的絕緣應用。其中，包括氣凝膠顆粒和聚四氟乙烯(PTFE)的'801公開的材料是可成形的，具有低顆粒脫落性和低熱導性。由這種材料制成的復合物可以撓曲、拉伸和扭曲，并且幾乎沒有氣凝膠顆粒脫落或傳導性制的喪失。