柔性绝缘结构及其制造和使用方法
【专利说明】柔性绝缘结构及其制造和使用方法
【背景技术】
[0001] 许多应用受益于使用可充当比较轻且良好的热绝缘体的材料。气凝胶，例如，通常 表现出非常低的密度和非常低的热导率，并且见于多种绝缘制品中。气凝胶覆盖层，例如， 可以用于管道、飞机、汽车、建筑、服装、鞋类以及其它类型的绝缘体中。
[0002] 2008年7月15日授予Lee等人并且以引用方式整体并入本文的美国专利号 7, 399, 439描述了气凝胶覆盖层，其使用连续铸造溶剂填充的凝胶片材的工艺来形成，其中 溶胶和凝胶诱导剂连续地结合以形成催化的溶胶。凝胶片通过以预定速率将所述催化的 溶胶分配到移动元件上来产生，所述预定速率有效地使移动元件上的催化的溶胶发生凝胶 化。溶剂通过超临界流体干燥来提取。
[0003] 2006年1月24日授予Lee等人并以引用方式整体并入本文的美国专利号 6, 989, 123描述了使用铸造凝胶片的工艺而产生的气凝胶覆盖层，所述工艺包括：提供一 定数量的纤维棉絮材料；引入一定数量的不可渗透材料，以将所述一定数量的纤维棉絮材 料分离成具有多个纤维层的纤维辊预成型体；将一定数量的催化的溶胶注入纤维辊预成型 体中；使纤维辊预成型体中的催化的溶胶凝胶化；除去不可渗透材料以留下凝胶材料；弓丨 入一定数量的可渗透材料，以将凝胶材料分离成多个层。间隙溶剂相一般通过超临界流体 提取来除去。
[0004] 以引用方式整体并入本文的2009年12月22日授予Rouanet等人的美国专利号 7, 635, 411描述了通过制备含水浆液来产生的覆盖层，所述含水浆液包含疏水性气凝胶颗 粒、纤维以及至少一种润湿剂。优选地，疏水性气凝胶颗粒至少暂时地与纤维形成紧密混合 物。然后，混合物可大致上脱水、压缩、干燥以形成网状物，所述网状物可例如通过压延来进 一步加工以形成覆盖层。
【发明内容】
[0005] 考虑到需要热绝缘的广大应用，持续存在对于具有吸引人性质的柔性绝缘制品及 其制造和使用方法的需求。
[0006] 在一个实施方案中，柔性绝缘结构包括棉絮和含有气凝胶的颗粒与粘合剂的混合 物。含有气凝胶的颗粒浸渍至少一层棉絮。
[0007] 在另一个实施方案中，用于制备柔性绝缘结构的方法包括将包含含有气凝胶的颗 粒和粘合剂的混合物施加至具有一个或多个棉絮层的棉絮上；并且干燥或允许粘合剂干 燥，从而形成柔性绝缘结构。
[0008] 本文描述的制品具有低热导率并且呈现许多优势。例如，柔性绝缘结构可具有改 进的火焰和燃烧性质并且可承受升高的温度。在许多实施方式中，所述结构在压缩负荷下 显示良好的性能并且可具有隔音和/或电绝缘特征。
[0009] 制造本文描述的柔性绝缘结构的方法使用广泛可获得的材料、相对简单并且适合 于针对工业制造工艺来规模化，使用例如气流成网和/或辊对辊技术。使用预制的气凝胶 颗粒避免对于制备气凝胶覆盖层的许多现有方法所需要的原位凝胶化的需求。棉絮选择提 供精细调节性质的机会和灵活性，这些性质如热导率、升高温度下的行为、压缩负荷下的行 为、抗拉强度、厚度以及其它。
[0010] 与本发明的方面相关联的其它优势涉及可灵活地添加其它添加剂以修改，例如， 改进耐火特征、在较高和/或较低例如冷冻温度下的热绝缘性能、水和水蒸汽吸附特征等 等。
【附图说明】
[0011] 在附图中，贯穿不同的视图，参考符号通常是指相同的部分。附图不必按比例绘 制，而一般是将重点放在对本发明的原理的说明上。在附图中：
[0012] 图1是根据本发明的一个方面的绝缘柔性材料的照片。
[0013] 图2A、2B和2C示出包括总共两个织物层的夹层结构的形成。
[0014] 图3A、3B和3C示出包括总共四个织物层的夹层结构的形成。
【具体实施方式】
[0015] 包括部件的构造和组合的各种细节的本发明的上述和其它特征以及其它优势现 在将更具体地参照附图来描述并且在权利要求书中指出。应了解实施本发明的具体方法和 装置通过说明的方式来展示并且不作为本发明的限制。本发明的原理和特征可在各种和许 多实施方案中使用而不背离本发明的范围。
[0016] 本发明总体上涉及包括一般呈一个或多个层形式的纤维组分和纳米多孔材料例 如含有气凝胶的颗粒的绝缘制品（结构）、所述制品或结构的制造方法和使用方法。
[0017] 总体上，所述层呈膨松纤维结构（即棉絮）形式，并且在许多情况下是非织造的。 在非织造材料中，纤维通过在无定向织网（网目）或垫子中机械联锁来保持在一起；粘合可 使用介质例如像淀粉、胶水、酪蛋白、橡胶、胶乳、合成树脂、纤维素衍生物，通过融合纤维和 /或通过例如在本领域中已知的其它手段来实现。在一些情况下，非织造层由长度可在约 0. 75至约4. 5英寸范围内的卷曲纤维制成。纤维的直径可在约0. 1至约10, 000微米的范 围内。可选择其它纤维尺寸。
[0018] 使用例如在本领域中已知的纱罗、平纹或其它编织技术的织造纤维层也可使用。
[0019] 在一些实施方案中，棉絮具有绝缘性质。例如，棉絮可具有在23°C下不大于约 80mW/m-K的热导率，例如，在约20mW/m-K至约60mW/m-K的范围内，在许多情况下约25mW/ m_K至约50mW/m-K的范围内。
[0020] 在其它实施方案中，棉絮适合于高温应用。举例来说，所使用的棉絮可承受高于约 200°C的温度，例如，高于300°C，并且甚至高于600°C而不降解。在其它实施方案中，棉絮具 有耐火性和/或阻燃性、低火焰传播性、所需的表面燃烧特征等等。
[0021] 棉絮可为柔性的，并且在具体实例中，它是以卷起方式提供。
[0022] 棉絮可由任何合适材料制成，例如像金属氧化物纤维如玻璃纤维、矿棉纤维例如 石头或矿渣纤维、生物可溶性陶瓷纤维、碳纤维、基于聚合物的纤维例如聚酯、芳族聚酰胺、 聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚合物共混物、共聚物等等、金属纤维、纤维素纤维、植物衍 生纤维、其它合适纤维或纤维的组合。
[0023] 在【具体实施方式】中，棉絮全部或部分地由玻璃纤维制成，使用例如：A-玻璃（含有 25%苏打和石灰的高碱性玻璃，其提供良好的耐化学性，但是相对较低的电气性质）；C-玻 璃（具有高耐化学性的特殊混合物）；E-玻璃（具有低碱含量的电气等级）；S-玻璃（具有 比E-玻璃高33 %抗拉强度的高强度玻璃）；D-玻璃（相对于E-或S-玻璃具有极好电气 性质但是较小机械性质的低介电常数材料）；或其它类型的玻璃纤维，例如如在本领域中 已知的。