柔性絕緣結(jié)構(gòu)及其制造和使用方法
【專利說明】柔性絕緣結(jié)構(gòu)及其制造和使用方法
【背景技術(shù)】
[0001] 許多應(yīng)用受益于使用可充當(dāng)比較輕且良好的熱絕緣體的材料。氣凝膠，例如，通常 表現(xiàn)出非常低的密度和非常低的熱導(dǎo)率，并且見于多種絕緣制品中。氣凝膠覆蓋層，例如， 可以用于管道、飛機(jī)、汽車、建筑、服裝、鞋類以及其它類型的絕緣體中。
[0002] 2008年7月15日授予Lee等人并且以引用方式整體并入本文的美國專利號 7, 399, 439描述了氣凝膠覆蓋層，其使用連續(xù)鑄造溶劑填充的凝膠片材的工藝來形成，其中 溶膠和凝膠誘導(dǎo)劑連續(xù)地結(jié)合以形成催化的溶膠。凝膠片通過以預(yù)定速率將所述催化的 溶膠分配到移動元件上來產(chǎn)生，所述預(yù)定速率有效地使移動元件上的催化的溶膠發(fā)生凝膠 化。溶劑通過超臨界流體干燥來提取。
[0003] 2006年1月24日授予Lee等人并以引用方式整體并入本文的美國專利號 6, 989, 123描述了使用鑄造凝膠片的工藝而產(chǎn)生的氣凝膠覆蓋層，所述工藝包括：提供一 定數(shù)量的纖維棉絮材料；引入一定數(shù)量的不可滲透材料，以將所述一定數(shù)量的纖維棉絮材 料分離成具有多個(gè)纖維層的纖維輥預(yù)成型體；將一定數(shù)量的催化的溶膠注入纖維輥預(yù)成型 體中；使纖維輥預(yù)成型體中的催化的溶膠凝膠化；除去不可滲透材料以留下凝膠材料；弓丨 入一定數(shù)量的可滲透材料，以將凝膠材料分離成多個(gè)層。間隙溶劑相一般通過超臨界流體 提取來除去。
[0004] 以引用方式整體并入本文的2009年12月22日授予Rouanet等人的美國專利號 7, 635, 411描述了通過制備含水漿液來產(chǎn)生的覆蓋層，所述含水漿液包含疏水性氣凝膠顆 粒、纖維以及至少一種潤濕劑。優(yōu)選地，疏水性氣凝膠顆粒至少暫時(shí)地與纖維形成緊密混合 物。然后，混合物可大致上脫水、壓縮、干燥以形成網(wǎng)狀物，所述網(wǎng)狀物可例如通過壓延來進(jìn) 一步加工以形成覆蓋層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 考慮到需要熱絕緣的廣大應(yīng)用，持續(xù)存在對于具有吸引人性質(zhì)的柔性絕緣制品及 其制造和使用方法的需求。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施方案中，柔性絕緣結(jié)構(gòu)包括棉絮和含有氣凝膠的顆粒與粘合劑的混合 物。含有氣凝膠的顆粒浸漬至少一層棉絮。
[0007] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于制備柔性絕緣結(jié)構(gòu)的方法包括將包含含有氣凝膠的顆 粒和粘合劑的混合物施加至具有一個(gè)或多個(gè)棉絮層的棉絮上；并且干燥或允許粘合劑干 燥，從而形成柔性絕緣結(jié)構(gòu)。
[0008] 本文描述的制品具有低熱導(dǎo)率并且呈現(xiàn)許多優(yōu)勢。例如，柔性絕緣結(jié)構(gòu)可具有改 進(jìn)的火焰和燃燒性質(zhì)并且可承受升高的溫度。在許多實(shí)施方式中，所述結(jié)構(gòu)在壓縮負(fù)荷下 顯示良好的性能并且可具有隔音和/或電絕緣特征。
[0009] 制造本文描述的柔性絕緣結(jié)構(gòu)的方法使用廣泛可獲得的材料、相對簡單并且適合 于針對工業(yè)制造工藝來規(guī)?；褂美鐨饬鞒删W(wǎng)和/或輥對輥技術(shù)。使用預(yù)制的氣凝膠 顆粒避免對于制備氣凝膠覆蓋層的許多現(xiàn)有方法所需要的原位凝膠化的需求。棉絮選擇提 供精細(xì)調(diào)節(jié)性質(zhì)的機(jī)會和靈活性，這些性質(zhì)如熱導(dǎo)率、升高溫度下的行為、壓縮負(fù)荷下的行 為、抗拉強(qiáng)度、厚度以及其它。
[0010] 與本發(fā)明的方面相關(guān)聯(lián)的其它優(yōu)勢涉及可靈活地添加其它添加劑以修改，例如， 改進(jìn)耐火特征、在較高和/或較低例如冷凍溫度下的熱絕緣性能、水和水蒸汽吸附特征等 等。
【附圖說明】
[0011] 在附圖中，貫穿不同的視圖，參考符號通常是指相同的部分。附圖不必按比例繪 制，而一般是將重點(diǎn)放在對本發(fā)明的原理的說明上。在附圖中：
[0012] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的絕緣柔性材料的照片。
[0013] 圖2A、2B和2C示出包括總共兩個(gè)織物層的夾層結(jié)構(gòu)的形成。
[0014] 圖3A、3B和3C示出包括總共四個(gè)織物層的夾層結(jié)構(gòu)的形成。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 包括部件的構(gòu)造和組合的各種細(xì)節(jié)的本發(fā)明的上述和其它特征以及其它優(yōu)勢現(xiàn) 在將更具體地參照附圖來描述并且在權(quán)利要求書中指出。應(yīng)了解實(shí)施本發(fā)明的具體方法和 裝置通過說明的方式來展示并且不作為本發(fā)明的限制。本發(fā)明的原理和特征可在各種和許 多實(shí)施方案中使用而不背離本發(fā)明的范圍。
[0016] 本發(fā)明總體上涉及包括一般呈一個(gè)或多個(gè)層形式的纖維組分和納米多孔材料例 如含有氣凝膠的顆粒的絕緣制品（結(jié)構(gòu)）、所述制品或結(jié)構(gòu)的制造方法和使用方法。
[0017] 總體上，所述層呈膨松纖維結(jié)構(gòu)（即棉絮）形式，并且在許多情況下是非織造的。 在非織造材料中，纖維通過在無定向織網(wǎng)（網(wǎng)目）或墊子中機(jī)械聯(lián)鎖來保持在一起；粘合可 使用介質(zhì)例如像淀粉、膠水、酪蛋白、橡膠、膠乳、合成樹脂、纖維素衍生物，通過融合纖維和 /或通過例如在本領(lǐng)域中已知的其它手段來實(shí)現(xiàn)。在一些情況下，非織造層由長度可在約 0. 75至約4. 5英寸范圍內(nèi)的卷曲纖維制成。纖維的直徑可在約0. 1至約10, 000微米的范 圍內(nèi)。可選擇其它纖維尺寸。
[0018] 使用例如在本領(lǐng)域中已知的紗羅、平紋或其它編織技術(shù)的織造纖維層也可使用。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，棉絮具有絕緣性質(zhì)。例如，棉絮可具有在23°C下不大于約 80mW/m-K的熱導(dǎo)率，例如，在約20mW/m-K至約60mW/m-K的范圍內(nèi)，在許多情況下約25mW/ m_K至約50mW/m-K的范圍內(nèi)。
[0020] 在其它實(shí)施方案中，棉絮適合于高溫應(yīng)用。舉例來說，所使用的棉絮可承受高于約 200°C的溫度，例如，高于300°C，并且甚至高于600°C而不降解。在其它實(shí)施方案中，棉絮具 有耐火性和/或阻燃性、低火焰?zhèn)鞑バ?、所需的表面燃燒特征等等?br>[0021] 棉絮可為柔性的，并且在具體實(shí)例中，它是以卷起方式提供。
[0022] 棉絮可由任何合適材料制成，例如像金屬氧化物纖維如玻璃纖維、礦棉纖維例如 石頭或礦渣纖維、生物可溶性陶瓷纖維、碳纖維、基于聚合物的纖維例如聚酯、芳族聚酰胺、 聚烯烴、聚對苯二甲酸乙二酯、聚合物共混物、共聚物等等、金屬纖維、纖維素纖維、植物衍 生纖維、其它合適纖維或纖維的組合。
[0023] 在【具體實(shí)施方式】中，棉絮全部或部分地由玻璃纖維制成，使用例如：A-玻璃（含有 25%蘇打和石灰的高堿性玻璃，其提供良好的耐化學(xué)性，但是相對較低的電氣性質(zhì)）；C-玻 璃（具有高耐化學(xué)性的特殊混合物）；E-玻璃（具有低堿含量的電氣等級）；S-玻璃（具有 比E-玻璃高33 %抗拉強(qiáng)度的高強(qiáng)度玻璃）；D-玻璃（相對于E-或S-玻璃具有極好電氣 性質(zhì)但是較小機(jī)械性質(zhì)的低介電常數(shù)材料）；或其它類型的玻璃纖維，例如如在本領(lǐng)域中 已知的。