具有成型性和表面特性的绝缘纤维复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及可以应用于车辆的绝缘材料以及它们的制备方法。可以将绝缘材料形成为包含耐热纤维和绝缘材料的绝缘纤维复合材料(insulation fiber composite)。绝缘纤维可以具有光滑表面并且可以适当地保持三维形状，并且进一步可以提供改善的可成型性(成型性，formability)和表面特性(表面性能，surface property)。

背景技术：

通常，由于从车辆的发动机部分(发动机部件，engine portion)或排气部分(排气部件，exhaust portion)产生高温热量，所以已经把绝缘材料应用于预防边缘部分免受损坏或者预防它们的性能以免由于从发动机部分或排气部分产生的高温热量引起的劣化。

在早期，已经通过加工聚丙烯、石膏、陶瓷、岩棉(矿棉，石棉，rock wool)等将绝缘材料制备为板形(board shape)，通常将该绝限材料用作应用于车辆的绝缘材料。

然而，以上提及的形成为板形的绝缘材料具有问题。例如，在制备之后通过高温已经轻易地出现了如翘曲的变形并且由于材料的板形已经使制备复杂形状受到限制。

此外，当将石膏、陶瓷、岩棉等用作用于绝缘的材料时，当将其单独使用时，它们的耐用性可能不充分，如表面质量的外观可能不合适，并且可能在其中包含有害的组分。因此，那些材料不可能应用为用于车辆的组分。

此外，在相关技术中，通过堆叠不同种类材料的纤维、然后通过使用编织或者粘合剂将堆叠的纤维粘合的方法制备的绝缘材料已经得到了发展。然而，它们的制备方法是复杂的使得制备成本增加。进一步地，它们的形状局限于基础绝缘材料的板形，使得其难以应用于需要复杂形状的组件。

以上在该背景部分中公开的信息仅仅是用于增强对本发明背景技术的理解，因此其可能包含不构成对于本领域普通技术人员而言在本国中已经已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

在优选的方面中，本发明提供了具有优异的可成型性和表面特性的绝缘纤维复合材料及其制备方法，从而提供简单的制备方法、改善的表面特性以及其用于形成复杂形状的柔性(灵活性，flexibility)的优势。此外，具有改善的可成型性和表面特性的绝缘纤维复合材料可以进一步提供确保优异的耐用性以及对人类无害的优势。此外，绝缘纤维复合材料仍可以进一步提供改善的热绝缘特性和各种功能的优势。

在一个方面，本发明提供了绝缘纤维复合材料。绝缘纤维复合材料可以包括绝缘层；以及一对无机纤维层。具体地，分别可以将该对的第一无机纤维层堆叠在绝缘层的上表面上并且可以将该对的第二无机纤维层堆叠在绝缘层的下表面上。第一无机纤维层和第二无机纤维层各自可以具有比绝缘层的平面表面积(平表面积，平坦表面积，planar surface area)更大的平面表面积，使得当堆叠绝缘层和一对无机纤维层时绝缘层不可以暴露于外部。

优选地，绝缘纤维复合材料的每单位质量(mass per unit)可以从约300g/m²至2,000g/m²的范围。

期望地，绝缘纤维复合材料可以进一步包括在绝缘层和每个无机纤维层之间涂布(散布，铺展，spread)的粘合层，使得绝缘层和无机纤维层之间的结合力得到改善。具体地，粘合层可以是热固性粘合剂。

绝缘层可以包含陶瓷纤维、岩棉、和矿物中的任何一种，从而绝缘层可以具有约600℃或者更高的耐热温度(heat-resisting temperature)。

无机纤维层可以是包含具有约30mm或更大的长度的二氧化硅纤维的二氧化硅非编织织物(silica non-woven fabric)。

二氧化硅非编织织物可以包含基于二氧化硅非编织织物的总重量以约50wt％或者更大的量的二氧化硅(SiO₂)，并且二氧化硅非编织织物可以具有约600℃或者更高的耐热温度。

二氧化硅非编织织物可以具有约200至1,000g/m²的其每单位质量以及约0.2kgf/cm²或更大的其拉伸强度。

在另一个方面，本发明提供了用于制备绝缘纤维复合材料的方法。该方法可以包括：制备形成为非编织织物(非织造织物，无纺布，non-woven fabric)的绝缘层；制备形成为非编织织物的一对无机纤维层以具有比绝缘层的平面表面积更大的平面表面积；将粘合剂涂布至绝缘层的上表面和下表面；以及用一对无机纤维层覆盖绝缘层；以及在将绝缘层定位于一对无机纤维层之间之后，通过针刺(needle punching)将绝缘层和无机纤维层整合(合并，结合，integrating)使得绝缘纤维复合材料的每单位质量可以是约300至2,000g/m²。特别地，当覆盖绝缘层时，分别可以将该一对的第一无机纤维层堆叠在绝缘层的上表面上并且可以将该一对的第二无机纤维层堆叠在绝缘层的下表面上。

优选地，该方法可以进一步包括将具有约30mm或更大的长度的二氧化硅纤维针刺以便制备具有约200至1,000g/m²的每单位质量以及约0.2kgf/cm²或更大的拉伸强度的无机纤维层。

优选地，绝缘层包含陶瓷纤维、岩棉、和矿物中的任何一种并且二氧化硅纤维可以包含以约50wt％或更大的量的二氧化硅(SiO₂)使得绝缘层可以具有约600℃或更高的耐热温度。

优选地，粘合剂可以是热固性粘合剂，并且该方法可以进一步包括在整合之前对在粘合剂涂布至界面时进行堆叠的堆叠绝缘层和该一对无机纤维层进行热压(hot-pressing)。

进一步提供了可以包含如在本文中描述的绝缘纤维复合材料的车辆部件。优选地，车辆部件可以应用于车辆的发动机部分或排气部分。

仍进一步提供了可以包含如在本文中描述的绝缘纤维复合材料的车辆。

根据本发明的各种示例性实施方式，通过用具有优异的表面特性的以二氧化硅非编织织物材料形成的无机纤维层，覆盖可以具有优异的耐热特性但是不良的耐用性和表面特性的绝缘层，使得绝缘层不可能暴露于外部，可以充分改善绝缘材料的表面特性和耐用性。具体地，可以将绝缘纤维复合材料的制备方法应用于各种领域，因为使得从在相关领域中可能暴露于外部的绝缘层释放的对人类有害的元素(要素)最小化。此外，可以使用柔性(灵活性，flexible)的绝缘纤维复合材料制造具有各种和复杂形状的组件并且可以使用绝缘纤维复合材料应用各种功能。

以下公开了本发明的其他方面。

附图说明

应当理解的是，附图不必按比例绘制，提供了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方位、位置和形状，将部分由特定的预期应用和使用环境来确定。在附图中，贯穿附图的一些图，参考数字指的是相同或等效的本发明的部件。

图1是根据本发明示例性实施方式的示例性绝缘纤维复合材料的截面图。

图2是用于描述根据本发明示例性实施方式的示例性绝缘纤维复合材料的构造的图。

图3是示出了用于根据本发明示例性实施方式的示例性绝缘纤维复合材料的示例性制备方法的流程图。

图4是示出了关于根据本发明的示例性实施方式和比较例的示例性绝缘纤维复合材料的温度升高确认测试的结果的图。

符号的描述

10：绝缘层 20：粘合层

30：无机纤维层

具体实施方式

本文中所使用的术语仅是为了描述具体示例性实施方式的目的，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文中所用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。应当进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”规定了所述特征、整体(整数)、步骤、操作、元件(要素)和/或组件(组分)的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体(整数)、步骤、操作、元件(要素)、组件(组分)和/或它们的组的存在或添加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括所关联的列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。

除非具体陈述或根据上下文显而易见，否则如在本文中所使用的，将术语“约”理解为在本领域中正常公差的范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。可以将“约”理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％内。除非从上下文中另外清楚，否则本文中所提供的所有数值由术语“约”修饰。

应理解的是，如在本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括广义的机动车辆，如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆(passenger automobile)；包括各种艇和船的水运工具；航空器等，并且包括混合动力车辆(hybrid vehicle)、电动车辆、插入式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electric vehicle)、氢动力车辆和其他可替代燃料车辆(例如，源自除了石油之外的资源的燃料)。如在本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。

将详细地参照附图在下文中描述本发明的示例性实施方式，然而，其不局限于本发明的示例性实施方式。

进一步地，在本发明的描述中，当其被确定为未必使本发明的范围不清楚时，不提供相关熟知的构造和功能的详细说明。

图1是根据本发明示例性实施方式的可以具有充分改善的可成型性和表面特性的示例性绝缘纤维复合材料的截面图，并且图2是用于描述根据本发明示例性实施方式的已经可以得到充分改善的示例性绝缘纤维复合材料的构造的图。

如在图1和图2中示出的，根据本发明示例性实施方式的绝缘纤维复合材料可以包括可以例如通过针刺整合或者粘合的绝缘层10和一对无机纤维层30。

优选地，可以进行针刺使得每单位质量可以是约300至约2,000g/m²。

当具有优异的可成型性和表面特性的绝缘纤维复合材料的每单位质量低于300g/m²时，由于在针刺过程期间针的渗透，所以可能劣化耐用性、热绝缘特性和耐热性。此外，当其每单位质量大于约2,000g/m²时，可能增加制备成本并且在进行针刺时针可能不会渗透，使得可能不会有效整合绝缘层10和一对无机纤维层30，尽管热性能如热绝缘特性和耐热特性得到改善。

优选地，在将绝缘层10定位于一对无机纤维层30之间以后，在将绝缘层10和无机纤维层30整合的过程，绝缘层10不可以暴露于外部。

例如，当通过对绝缘层10定位使绝缘层10和无机纤维层30整合时，绝缘层10不可以暴露于外部。具体地，可以将绝缘层10定位在一对无机纤维层30之间的中心部分处，然后当一对无机纤维层30具有比绝缘层10的平面表面积更大的平面表面积时，可以进行针刺。

由于在相关领域中组成绝缘层的常规绝缘材料如岩棉、陶瓷纤维、矿物等的耐用性可能不具有足够的表面特性，所以可以通过一对无机纤维层30覆盖绝缘层10并且绝缘层10不可以暴露于外部。作为结果，可以改善绝缘纤维复合材料的耐用性并且可以同时和充分地改善其可成型性和表面特性。

此外，绝缘层10不暴露于外部，并且特别地，具有有害的外观(外表，garment)的绝缘层不可以暴露于外部。因此，可以预防绝缘层10的有害物质泄漏至外部并且可以预防可能由绝缘层的暴露所发生的使用者的皮肤问题(皮肤麻烦)。

因此，根据本发明示例性实施方式的具有优异的可成型性和表面特性的绝缘纤维复合材料可以广泛地应用于许多领域。特别地，当将绝缘纤维复合材料应用于车辆时，可以提升车辆的高质量。

根据本发明示例性实施方式的具有优异的可成型性和表面特性的绝缘纤维复合材料可以进一步包括施加在绝缘层10和无机纤维层30之间的界面中的粘合层20。

优选地，根据本发明的示例性实施方式，热固性粘合剂可以用作粘合层20。具体地，热固性粘合层20可以不被高温熔化或分解，使得当在正常使用例如正常车辆操作期间粘合层20暴露于高温条件时，它们的耐用性可以不受到劣化。

此外，根据本发明示例性实施方式的粘合剂可以包含环氧树脂，该环氧树脂可以在分别具有非编织织物形状的绝缘层10和无机纤维层30的内部结构中形成三维的网状结构(reticular structure)。

例如，粘合剂可以包括选自由以下所组成的组中的一种或多种：双酚A二缩水甘油醚、双酚B二缩水甘油醚、双酚AD二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、双酚S二缩水甘油醚、聚氧亚丙基二缩水甘油醚(聚氧丙烯二缩水甘油醚，polyoxy propylene diglycidyl ether)、双酚A二缩水甘油醚聚合物、磷腈二缩水甘油醚、双酚A酚醛环氧树脂(bisphenol-A novolac epoxy)、苯酚酚醛环氧树脂(线性酚醛环氧树脂，phenolnovolac epoxy resin)、以及邻-甲酚酚醛环氧树脂(o-cresol novolac epoxy resin)。

根据本发明的示例性实施方式，绝缘层10可以制备为非编织织物并且可以包含陶瓷纤维、岩棉、和矿物中的一种或多种使得其耐热温度可以是约600℃或更高从而确保优异的热性能。

通过使用陶瓷短纤维等可以将绝缘层10形成为非编织织物。此外，根据示例性实施方式的无机纤维层30可以包含二氧化硅非编织织物，该二氧化硅非编织织物可以通过针刺二氧化硅纤维制备。

因此，随着取决于通过针刺的整合可以灵活地制备产品，可以形成产品并且可以将产品应用于具有各种三维形状的车辆组件。

优选地，二氧化硅纤维可以是具有约30mm或更大的长度的长纤维。当通过使用具有小于约30mm的长度的二氧化硅纤维制备二氧化硅非编织织物时，可能劣化在通过针刺的纤维之间的结合力使得可能劣化耐用性。

基于二氧化硅纤维的总重量，二氧化硅纤维可以包含以约50wt％或更大的量的二氧化硅(SiO₂)。当二氧化硅的量小于约50wt％时，可能不会确保对于约600℃或更高的温度的耐热性，使得可能劣化耐热特性。

如以上描述的，可以将通过针刺二氧化硅纤维制备的二氧化硅非编织织物用作无机纤维层30，并且优选地，制备的二氧化硅非编织织物的每单位质量可以是约200-1,000g/m²，并且其拉伸强度可以是约0.2kgf/cm²或更大。当每单位质量小于约200g/m²时，可能劣化纤维之间的结合力使得可能降低耐用性。当每单位质量大于约1,000g/m²时，制备的纤维复合材料的每单位质量可以大于约2,000g/m²，使得可能增加制备成本，这是由于针刺是困难的。

进一步地，将参照附图描述对于根据本发明示例性实施方式的绝缘纤维复合材料的制备方法。

图3是示出了根据本发明示例性实施方式的对于具有优异的可成型性和表面特性的示例性绝缘纤维复合材料的示例性制备方法的流程图。

如在图3中示出的，对于根据本发明示例性实施方式的绝缘纤维复合材料的制备方法可以包括：制备过程、粘合层涂布过程、以及整合过程。

在制备过程中，可以制备绝缘层10和一对无机纤维层30。可以将绝缘层10和一对无机纤维层30形成为非编织织物形状。随后，可以切割一对无机纤维层30，特别地，可以将无机纤维层30切割成大于绝缘层10的面积。

因此，无机纤维层30可以覆盖绝缘层10使得可以在优异的可成型性和表面特性的情况下改善所制备的纤维复合材料的耐用性。

根据本发明示例性实施方式的制备方法可以包括将具有约30mm或更大的长度的二氧化硅纤维针刺的无机纤维针刺步骤。因此，所制备的无机纤维层30可以形成为非编织织物并且具有约200至1,000g/m²的每单位质量以及约0.2kgf/cm²或更大的拉伸强度。

可以将无机纤维层30定位在由此制备的绝缘纤维复合材料的表面上，从而提供改善的耐用性和表面特性。

在粘合层涂布过程中，例如，通过涂布、覆盖或者喷射，可以将热固性粘合剂施加在绝缘层10的表面上，以便在无机纤维层30和绝缘层10之间的界面中形成粘合层20。例如，根据本发明的示例性实施方式，可以将环氧树脂用作粘合剂。

根据本发明示例性实施方式的具有优异的可成型性和表面特性的绝缘纤维复合材料的制备方法可以进一步包括在整合过程之前的热压过程。例如，在定位绝缘层10之后，其中将粘合层20施加或者涂布在一对无机纤维层30之间，可以使用例如辊，通过热压，将绝缘层10和一对无机纤维层30偶联(couple)或者结合。

因此，通过改善无机纤维层30和绝缘层10之间的结合力，可以改善绝缘纤维复合材料的耐用性。

在下文中，在将根据本发明示例性实施方式和用作常规绝缘的比较例的制备纤维复合材料接触至300℃的热源之后基于进行接触部分的温度升高确认测试以及拉伸强度测试，在以下表1上呈现了测试的结果。

图4是示出了对于根据本发明示例性实施方式和比较例的绝缘纤维复合材料的温度升高确认测试的结果的图。

(表1)

如在表1和图4中示出的，当根据本发明示例性实施方式制备绝缘纤维复合材料时，热源的接触部分的温度是409.9℃使得改善了热绝缘特性。此外，可以将拉伸强度提高至可以足以作为车辆组件使用的0.2kgf/cm²。相反，在比较例1中，更多的热量暴露于外部使得降低了热绝缘特性。在比较例2中，充分降低了拉伸强度，耐用性较低，并且产生了碎片，以及表面质量较差。因此，比较例不可能作为车辆组件使用。

如以上描述的，根据本发明的各种示例性实施方式，当将具有充分改善的耐用性、可成型性和表面质量的绝缘纤维复合材料用于车辆中时，可以提升车辆的高质量并且可以改善制造的车辆组件的寿命。

如以上描述的，尽管已经结合目前被认为是实用的示例性实施方式描述了本发明，但是应理解的是，本发明并不局限于所公开的实施方式，而是相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等价配置。