热绝缘膨体聚四氟乙烯制品制造技术

本发明专利技术涉及包含PTFE的热绝缘材料，其在环境条件下的热导率小于或等于25mW/m K，所述PTFE包括膨体PTFE(ePTFE)。在一个实施方式中，本发明专利技术的绝缘材料包含气凝胶颗粒和聚四氟乙烯(PTFE)。所述绝缘材料可以形成疏水、高透气性的、具有高强度的制品，所述制品可用于非静态应用，如动态弯曲等。所述绝缘制品是挠性的、可伸展的和可弯曲的。同样地，所述绝缘材料没有或几乎没有细颗粒脱落或产生粉尘。颗粒密度小于约100kg/m3以及在环境条件(约298.5K和101.3kPa)下热导率小于或等于约15mW/m K的气凝胶颗粒可用于所述绝缘材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及热绝缘制品，更具体地涉及包含热绝缘颗粒如气凝胶颗粒和聚四氟乙烯的热绝缘膨体聚四氟乙烯制品。背景气凝胶用于热绝缘的应用和气凝胶的低热导率是众所周知的。令人满意的热导性是气凝胶大于约95％的极高孔隙率和气凝胶材料的小孔径(在大气压力下小于空气分子的平均自由程尺寸，或小于约100nm)的结果。由于所述小孔径，空气分子在所述材料中的活动性受限，空气导热的有效性降低，导致低的热导率。在环境条件下，空气的热导率约为25mW/m K(毫瓦每米开尔文)。具有较大孔径的绝缘体如泡沫、棉絮、羊毛和其它常见的热绝缘材料的热导率约为40mW/m K，由于辐射和固体传导的原因高于空气的热导率。已知气凝胶粉末和珠粒的热导率约为9-20mW/m K。但是，这种高孔隙率低密度的材料不能以粉末形式用于多种应用，由于其产生大量粉尘，使得安装、操作、成形和塑型特别困难，并进一步导致安全问题。制备气凝胶的传统方法通常包括用超临界流体萃取。所述方法通常包括将气凝胶前体液体倒入模具，采用各种液体交换干燥气凝胶液体来形成高孔隙率凝胶结构，并使用超临界流体萃取来形成气凝胶整体件的步骤。例如使用超临界流体萃取的方法非常耗时并且昂贵。此外，产生的结构是刚性的，机械强度低，在形成气凝胶材料之后进行进一步模制或成形为所需形状的能力有限。这些材料在挠曲时通常开裂或粉碎，并且已知细气凝胶颗粒会脱落或“产生粉尘”。在增加气凝胶材料的挠性和强度的尝试中，Stepanian等的美国专利公开2002/0094426教导了气凝胶材料与增强结构、特别是高纤维棉絮结合。优选地，气凝胶通过纤维棉絮结构与无规取向的微纤维和/或传导层结合来增强。为了形成气凝胶片材，将形成气凝胶的前体液体倒入棉絮，并超临界干燥以形成气凝胶。公开了得到的增强气凝胶结构是可悬垂的，挠曲时比较不容易粉碎，比较不容易脱落细
气凝胶颗粒。但是，由于这些结构缺乏可模制性和可成形性以及与超临界萃取步骤有关的成本，这种材料的应用受到限制。为了克服通常与增强的气凝胶有关的脆性，Frank等的U.S.专利第5,786,059号教导了将气凝胶粉末胶合在一起形成连续产品。具体地，具有纤维网层和气凝胶颗粒的气凝胶复合材料优选形成为垫或板。纤维网包括两种牢固地互相连接的具有较低和较高温度熔融区域的聚合物的双组分纤维材料，向该材料中喷洒气凝胶颗粒。加热至较低熔融温度时，所述网的纤维彼此连接并且也与气凝胶颗粒连接。得到的复合物是相对硬的结构，施加机械应力时，颗粒从纤维上断裂或脱离，从而使气凝胶片段从网中脱落。Smith等在U.S.专利第6,172,120号中公开了一种制备气凝胶的方法，其中气凝胶以粉末而非整体块状物或片材形式形成。该制备过程具有形成气凝胶时无需超临界流体萃取步骤的优点。但是，粉末形式的气凝胶由于其产生大量粉尘和缺少可成形性不能用于多种应用。Ristic-Lehmann等的U.S.专利第7,118,801号教导了一种用于多种应用，包括用于服装、容器、管道、电子装置等的绝缘应用的材料。其中，包括气凝胶颗粒和聚四氟乙烯(PTFE)的801专利技术的材料是可成形的，具有低颗粒脱落性和低热导性。由该材料制备的复合物可进行挠曲、拉伸或缠绕，极少或没有气凝胶颗粒脱落或传导性损失。需要一种绝缘材料，该绝缘材料能克服气凝胶颗粒和复合物的固有问题，例如气凝胶颗粒缺少可成形性和复合物缺少挠性以及施加机械应力时气凝胶颗粒脱落或产生粉尘。需要一种能形成疏水的高透气的，具有高强度并且能用于非静态的高挠性应用的制品(例如膨体PTFE制品)的绝缘材料。还需要挠性的、可拉伸且可弯曲的，极少至没有细颗粒脱落或产生粉尘的绝缘制品。专利技术概述在一个实施方式中，本专利技术涉及包含结合热绝缘颗粒的膨体PTFE(ePTFE)的热绝缘材料，所述材料在环境条件下的热导率小于或等于25mW/m K。在另一个实施方式中，所述热绝缘材料在约380℃时吸热。在另一个实施方式中，所述热绝缘材料是整体型的。在另一个实施方式中，所述热绝缘材料包括ePTFE，在长度方向的拉伸强度为至少0.35MPa，横向方向的拉伸强度为至少0.19MPa。在另一个实施方式中，所述热绝缘材料可包括小于40重量％的热绝缘颗粒和大于60重量％的聚四氟乙烯(ePTFE)，其中所述复合材料在环境条件下的热导率小于或等于25mW/m K。在一个或多个热绝缘材料结合热绝缘颗粒的实施方式中，所述颗粒可以选自二氧化硅气凝胶颗粒、热解二氧化硅和它们的组合。在另一个实施方式中，所述热绝缘材料包括具有节点和原纤维结构的膨体PTFE，并且在环境条件下具有小于或等于25mW/m K的热导率。此外，所述绝缘材料可包括具有约380℃吸热特性的膨体PTFE。在另一个实施方式中，本专利技术涉及一种制品，所述制备包括第一层、在环境条件下热导率小于或等于25mW/m K的膨体PTFE(ePTFE)，以及第二层，所述ePTFE夹在所述第一层和第二层之间。在另一实施方式中，ePTFE是疏水性的。或者，所述第一层和第二层中的至少一层不可透过气体。此外，所述第一层和第二层中的至少一层不可透过液体。在另一个实施方式中，ePTFE包括选自二氧化硅气凝胶和热解二氧化硅的热绝缘颗粒。附图的简要说明采用附图以帮助进一步理解本公开内容，其纳入说明书中并构成说明书的一部分，附图显示了本公开内容的实施方式，与说明书一起用来解释本公开内容的原理。图1是包含具有20％气凝胶加载量的ePTFE材料的热绝缘材料的表面放大5000倍的扫描电子显微照片；图2是包含具有40％气凝胶加载量的ePTFE材料的热绝缘材料的表面放大5000倍的扫描电子显微照片；图3是包含具有热解二氧化硅的ePTFE材料的热绝缘材料的表面放大5000倍的扫描电子显微照片；以及图4是包含具有60％气凝胶加载量的ePTFE材料的热绝缘材料的表面放大5000倍的扫描电子显微照片。专利技术详述本领域的技术人员应理解，可通过用于发挥所需作用的任何数量的方法和设备来实现本公开内容的各个方面。还应注意，本文参考的附图不一定是按比
例绘制，而是有可能放大以说明本专利技术的各个方面，就此而言，附图不应视为限制性的。本专利技术的绝缘材料包括热绝缘颗粒如气凝胶等和聚四氟乙烯(PTFE)。所述绝缘材料可以形成疏水、高透气性的、具有高强度的制品(例如ePTFE膜、复合物等)，所述制品可用于非静态应用，或动态弯曲应用等。所述绝缘制品是挠性的、可伸展的和可弯曲的。同样地，所述绝缘材料没有或几乎没有细颗粒脱落或产生粉尘。颗粒密度小于约100kg/m3以及在环境条件(约298.5K和101.3kPa)下热导率小于或等于约15mW/m K的气凝胶颗粒可用于所述绝缘材料。应理解术语“气凝胶”和“气凝胶颗粒”在本文中可以互换使用。气凝胶是显著减少对流和传导传热的热绝缘体。二氧化硅气凝胶颗粒是特别好的传导绝缘体。气凝胶颗粒是固体的、刚性且干燥的材料，可以粉末形式市售可得。例如，Smith等在U.S.专利第6,172,120号中描述了通过相对较低成本方法形成的二氧化硅气凝胶。气凝胶颗粒的尺寸可以通过喷射研磨或其它尺寸减小技术降低至所需尺寸或级别。在绝缘材料中使用的气凝胶颗粒的尺寸可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品，其包括：结合有热绝缘颗粒的热绝缘膨体PTFE(ePTFE)，所述制品的热导率在环境条件下小于或等于25mW/m K。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.19 US 61/918,2461.一种制品，其包括：结合有热绝缘颗粒的热绝缘膨体PTFE(ePTFE)，所述制品的热导率在环境条件下小于或等于25mW/m K。2.如权利要求1所述的材料，其中ePTFE在约380℃时吸热。3.如权利要求1所述的材料，其中所述ePTFE是整体型的。4.一种制品，其包括：结合有小于40重量％气凝胶颗粒的热绝缘膨体PTFE(ePTFE)，所述制品的热导率在环境条件下小于或等于25mW/m K。5.如权利要求4所述的材料，其中所述气凝胶颗粒是二氧化硅气凝胶颗粒。6.一种制品，其包括：结合有小于40重量％热解二氧化硅颗粒的热绝缘膨体PTFE(ePTFE)，所述制品的热导率在环境条件下小于或等于25mW/m K。7.一种热绝缘材料，其包含：结合有热绝缘颗粒的PTFE，所述PTFE具有节点和原纤维结构，以及所述材料的热导率在环境条件下小于或等于25mW/m K。8.如权利要求7所述的材料，其中所述热绝缘颗粒包...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·D·达西，J·R·汉拉罕，S·R·阿伯丁，J·W·亨德森，K·J·梅布，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US