一种干法成型隔热材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及隔热材料，尤其是涉及一种干法成型隔热材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、隔热材料在航空航天，化工，新能源，消费电子，建筑等领域具有诸多应用，尤其是在飞行器外表面作为隔绝高温的热防护材料；在石油、燃气与化工管道及建筑外墙作为保温材料；在锂电池、钠离子电池等二次电池模组与电动汽车、储能设备中作为热安全材料；在手机、电子烟等电子产品中作为隔绝热材料。

2、现有隔热材料中，气凝胶类材料的隔热性能比较优异，其室温与高温导热系数都普遍低于其他隔热材料，但气凝胶制备工艺复杂，制备设备昂贵，生产成本较高。且气凝胶材料力学性能不佳，表现为脆性，因此在很多领域使用时，需要将气凝胶材料与多孔基体材料（比如陶瓷纤维，玻璃纤维，高分子纤维等）复合，提升其整体的力学性能。但复合后的材料，存在气凝胶粉体脱落的问题。粉体脱落会降低材料整体的隔热性，同时粉体易被吸入人体呼吸道，影响健康。

3、研发出可以代替气凝胶类材料的干法成型隔热材料成为了研究热点。例如，公开号为cn101671157a的专利中公开了一种高温管道用高效隔热材料及其制备方法，将纳米sio2粉末、红外遮光剂、增强纤维混合形成纤维-粉末混合物，然后通过模压的方式将其干法压制成型。公开号为cn103693936a的专利中公开了一种纳米粉末基复合隔热材料的制备方法，以纳米粉末作为基体材料，添加增强纤维、红外遮光剂、高温收缩抑制剂以及疏水剂，通过分散、混匀、压制成型制备而得。但现有技术中的干法成型隔热材料一般采用模压法制成，得到的隔热材料是没有韧性、拉伸性和延展性的，无法弯曲，难以对其进行进一步加工，且使用时易粉碎，限制了其应用。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中的干法成型隔热材料存在的上述问题，提供一种干法成型隔热材料及其制备方法和应用，将粉体材料与高分子粘结剂、遮光剂、高温粘结助剂混合，辊压成型得到的隔热材料具备与气凝胶材料同等的隔热性能，且力学性能优异，具有较好的韧性、拉伸性和延展性；同时，制备工艺简单，制造成本低，应用领域广泛。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种干法成型隔热材料，由混合原料辊压制成；以重量份计，混合原料包括：60~100份粉体材料，0.1~30份高分子粘结剂，0~20份高温粘结助剂，0~10份遮光剂；

4、所述的粉体材料选自气相二氧化硅，白炭黑，蛭石粉体，气凝胶粉体，云母粉体，多孔天然矿物粉体中的一种或多种；

5、所述的高分子粘结剂选自ptfe、pvdf、pan、paa中的一种或多种；

6、所述的高温粘结助剂选自硼砂，三聚磷酸铝中的一种或两种。

7、本发明将粉体材料与高分子粘结剂、高温粘结助剂及遮光剂混合，辊压制成隔热材料，得到的隔热材料室温与高温（1000℃以下）的隔热性能都与气凝胶类隔热材料处于相同的水平，且本发明的隔热材料采用辊压的干法工艺制成，与气凝胶类隔热材料相比制备工艺简单，制备成本低，适合大规模产业化应用。同时，本发明添加的高分子粘结剂在辊压过程中可纤维化，将粉体材料及高温粘结助剂、遮光剂连接在一起，在不影响隔热材料的隔热性能的同时可使得到的隔热材料具有较好的韧性、拉伸性和延展性，便于对干法隔热材料后续进行进一步加工，并使干法隔热材料在使用时不易弯曲粉碎。由于隔热材料在高温下使用时高分子粘结剂会液化甚至分解，从而造成隔热材料在高温下粉碎，因此本发明在混合原料中添加了高温粘结助剂，即使高分子粘结剂在高温下液化或分解，高温粘结助剂也可起到赋形作用，确保了隔热材料在高温下的力学稳定性。

8、 作为优选，所述的粉体材料的比表面积≥200 m2/g。选用高比表面积的粉体材料，有利于提升材料的隔热性能。

9、作为优选，所述的高分子粘结剂的分子量≥10万。

10、作为优选，所述的遮光剂选自碳化硅、二氧化钛中的一种或两种；遮光剂的粒径为1~5μm。加入具有红外反射功能的遮光剂，可以提升材料在高温下的隔热性能。

11、作为优选，干法成型隔热材料的厚度为50μm~20cm，密度为0.1~0.5g/cm3。本发明的干法成型隔热材料可以为膜状、片状或者块状的完整连续体。

12、第二方面，本发明提供了一种上述干法成型隔热材料的制备方法，包括如下步骤：

13、（1）将粉体材料，高分子粘结剂，高温粘结助剂和遮光剂按比例混合得到混合原料；

14、（2）将混合原料辊压得到所述干法成型隔热材料。

15、作为优选，步骤（1）的混合过程和/或步骤（2）的辊压过程在加热的情况下进行，加热温度低于350℃。步骤（1）的混合方式包括机械搅拌混合，密炼机混合，球磨机混合，研磨机混合，气流磨设备混合，震动混合等，混合过程可以使高分子粘结剂纤维化；混合过程在加热的情况下进行，有助于混料的均匀性，也有助于高分子粘结剂的纤维化。步骤（2）中可通过开炼机，辊压机，研磨机，压延机等设备进行辊压，使高分子粘结剂延展、纤维化，同时增加材料整体的均匀性；辊压过程在加热的情况下进行，有助于高分子粘结剂的纤维化，提升隔热材料的韧性。

16、作为优选，步骤（2）先通过挤出机对混合原料进行挤出，挤出后再进行辊压；挤出过程进行加热，加热温度低于350℃。

17、作为优选，步骤（2）中辊压后在干法成型隔热材料表面涂覆疏水层；和/或用高分子膜及铝塑膜中的一种对所得干法成型隔热材料进行封装；和/或将所得干法成型隔热材料与其他隔热材料进行复合。本发明辊压后得到的隔热材料具有较好的韧性，可对其进行进一步加工，可以通过浸渍、喷涂、旋涂等方式，将疏水材料附着在隔热材料表面以提高材料的疏水性；疏水材料优选聚脲，硅烷，氟碳涂料，聚酯等。得到的隔热材料也可以通过高分子膜，铝塑膜等进行封装，也可以与硅胶，泡棉，岩棉等其他隔热材料进行复合，进一步提升其隔热性能。

18、第三方面，本发明提供了一种上述干法成型隔热材料或采用上述的制备方法制得的干法成型隔热材料的应用，用于电池的热防护或保温材料、电子产品隔热材料、建筑保温材料或管道保温材料。

19、本发明中的干法成型隔热材料，可以应用于锂离子电池，钠离子电池，锂金属电池，固态电池等电池的隔热与热安全防护材料，具体的可以在电池电芯间，电池模组间，电池顶盖，储能集装箱内壁与外壁，电池模组层间，电池模组四周等放置，以阻止电池模组的热蔓延与热失控，提升电池模组的安全性，进一步具体的，可以应用于电动车，储能系统，提升其安全性；也可以用于高温电池，具体的可以应用于钠-氯化镍电池，液态金属电池，高温钠硫电池，作为保温材料，起到隔热保温与节能的作用，提高电池系统的能量效率。本发明中的隔热材料可以应用于电子产品的隔热材料，尤其是作为隔热膜，用于手机，电子烟和车载电子设备。本发明的隔热材料也可以用于建筑保温材料或管道保温材料。

20、因此，本发明具有如下有益效果：

21、（1）通过干法工艺制备得到隔热性能优异的隔热材料，同时材料具有优异的力学性能；得到的隔热材料室温与高温（1000℃以下）隔热性能都与气凝胶等高端隔热材料处于相同的水平，同时力学性能显著提升，制造成本大幅下降；

22、（2）在隔热材料中加入高温粘结助剂，提升了材料在高温下的力学稳定性。