气凝胶复合材料及其制造和使用方法技术

包括气凝胶的复合材料例如自支撑刚性复合材料具有低的热导率以及有吸引力的机械性能。用于制备这样的复合材料的方法包括，例如，将含有气凝胶的材料与粘结剂组合以形成浆料和允许所述浆料硬化。所述硬化过程的至少部分在压缩下进行。

【技术实现步骤摘要】
本申请是基于申请日为2010年11月22日，优先权日为2009年11月25日，申请号为201080062308.9，专利技术名称为：“气凝胶复合材料及其制造和使用方法”的专利申请的分案申请。相关申请本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2009年11月25日提交的美国临时专利申请No.61/264352和2010年1月19日提交的美国临时专利申请No.61/296183的权益，将它们两者的全部内容引入本文作为参考。
技术介绍
许多应用得益于相对轻的且结合了所需的机械性能和绝缘特性的材料。建筑工业和其它领域中的趋势也偏爱其制造和使用是简易的制品。因此，对于这样的材料、制品以及它们的制造和使用方法存在持续的需要。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及包含气凝胶的复合材料、制造方法、以及使用这样的复合材料的方法和制品。总的来说，本文中描述的复合材料具有这样的热导率(在23℃和1个大气压下)，其不大于约50mW/(m·K)，例如，在约20-约30mW/(m·K)的范围内，如26mW/(m·K)，且可小于或等于20mW/(m·K)。所述复合材料可进一步特征在于它们的机械性能。例如，在一个实施方式中，本专利技术涉及包括含有气凝胶的材料(例如颗粒形式的)和粘结剂(binder)(例如无机的，如水泥质粘结剂)的自支撑刚性复合材料。在具体实施中，所述自支撑刚性复合材料具有根据ASTMC518测量的不大于约30mW/(m·K)，例如26mW/(m·K)或更低，如20mW/(m·K)的热导率，且可进一步特征在于一种或多种机械性能例如其压缩强度、挠曲强度和/或弹性模量。在一些实施中，所述自支撑刚性复合材料包含一种或多种其它成分，例如，表面活性剂、纤维、遮光剂、阻燃剂等。在另一实施方式中，本专利技术涉及用于制造复合材料的方法。该方法包括：将气凝胶颗粒、粘结剂、以及任选的一种或多种其它成分例如遮光剂、表面活性剂、阻燃剂、纤维等组合以形成浆料；使该浆料成型或涂覆该浆料；和允许所述浆料硬化(harden)，从而产生所述复合材料。在本专利技术的许多方面中，所述硬化周期(整个过程，cycle)的至少部分在压缩下进行。当采用纤维或其它丝状(filamentary)材料时，本专利技术的一些方面偏爱窄的纤维长度分布，在许多情况中，所述纤维长度分布向更高的纤维长度值偏移。在一种实施中，用于制造自支撑刚性复合材料的方法包括：将气凝胶颗粒与粘结剂组合以形成浆料；使所述浆料成型；和允许所述成型的浆料硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，从而产生具有如下的自支撑刚性复合材料：在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；以及选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。在另一实施中，用于制造自支撑刚性复合材料的方法包括：将含有气凝胶的材料与粘结剂组合以形成浆料；将丝状材料与所述浆料通过混合过程组合，从而形成混合物，所述混合过程基本上保持表征所述丝状材料的初始丝(filament)长度；使所述混合物成型；和允许混合物硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，从而产生所述自支撑刚性复合材料。在进一步的实施中，用于制造刚性复合材料的方法包括：将含有气凝胶的材料与粘结剂组合以形成浆料；将丝状材料与所述浆料通过混合过程组合，从而形成混合物，所述混合过程基本上保持表征所述丝状材料的初始丝长度；将所述混合物施加到基材上或开口(opening)中；和允许该混合物硬化，从而形成所述刚性复合材料，其中所述刚性复合材料具有：在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；以及选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。在又一实施中，用于制造刚性复合材料的方法包括：将气凝胶颗粒与粘结剂组合以形成浆料；将所述浆料施加到表面上或开口中；和允许所施加的浆料硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，从而产生具有如下的刚性复合材料：在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；以及选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。在进一步的实施方式中，本专利技术涉及含有气凝胶的复合材料，例如具有本文中公开的特性的自支撑和/或刚性复合材料，在下面进一步描述的各种制品和/或应用中的用途。本专利技术具有许多优点。例如，本文中所描述的复合材料易于制造且使用简便，在建筑工业和其它最终用途应用中提供优异的性质。通过将若干种有吸引力的性质组合，这些复合材料减少典型地需要的常规材料或制品的总数量，使建筑和制造过程简化。在许多情况中，气凝胶的存在可降低材料的总重量，材料的总重量是许多建筑工程中的重要考虑因素。替代地或者另外，气凝胶的存在可减小绝缘体的体积例如厚度，而不牺牲绝缘性能。复合材料(例如本文中描述的)中的热性质与机械性能的组合可导致承重的绝缘制品且可使对于其它机械支撑体例如金属支撑体的需求减少或最小化，所述金属支撑体可传导热且由此削弱总的绝缘性。与本文中公开的复合材料的一些有关的疏水性质可在涉及潮湿环境的应用中利用。在许多情况中，本文中描述的复合材料具有用于降低声音或噪音的应用的有吸引力的声学性能和/或优异的耐燃性。本专利技术包括以下内容：实施方式1.包含颗粒形式的含有气凝胶的材料、无机粘结剂的自支撑刚性复合材料，所述自支撑刚性复合材料具有：(a)在23℃和1个大气压下不大于约30mW/(m·K)的热导率；和(b)选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.1MPa的压缩强度；(ii)大于约0.05MPa的挠曲强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。实施方式2.实施方式1的自支撑刚性复合材料，其中所述热导率在23℃和1个大气压下不大于约26mW/m·K。实施方式3.实施方式1的自支撑刚性复合材料，其中所述热导率在23℃和1个大气压下不大于约20mW/m·K。实施方式4.实施方式1的自支撑刚性复合材料，其中所述挠曲强度大于约0.5MPa。实施方式5.实施方式1的自支撑刚性复合材料，其中所述挠曲强度大于约1MPa。实施方式6.实施方式1的自本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制造自支撑刚性复合材料的方法，该方法包括：(a)将气凝胶颗粒与选自水泥、石膏、石灰、灰浆配方、灰泥配方和薄浆配方的无机粘结剂组合以形成浆料；(b)使所述浆料成型；和(c)允许成型的浆料硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，从而产生具有如下的自支撑刚性复合材料：在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；和选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。

【技术特征摘要】
2009.11.25 US 61/264,352;2010.01.19 US 61/296,1831.用于制造自支撑刚性复合材料的方法，该方法包括：
(a)将气凝胶颗粒与选自水泥、石膏、石灰、灰浆配方、灰泥配方和薄
浆配方的无机粘结剂组合以形成浆料；
(b)使所述浆料成型；和
(c)允许成型的浆料硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，
从而产生具有如下的自支撑刚性复合材料：
在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；和
选自如下的一种或多种机械性能：
(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；
(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和
(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。
2.权利要求1的方法，其中所述热导率在23℃和1个大气压下不大于
约30mW/m·K。
3.权利要求1的方法，其中所述挠曲强度大于约0.5MPa。
4.权利要求1的方法，其中所述压缩强度大于约0.5MPa。
5.权利要求1的方法，其中所述弹性模量大于约1.3MPa。
6.权利要求1-5中任一项的方法，其中所述浆料通过模塑成型。
7.权利要求1-6中任一项的方法，其中所述浆料进一步包含表面活性
剂。
8.权利要求1-7中任一项的方法，进一步包括将所述浆料与丝状材料组
合。
9.权利要求8的方法，其中所述丝状材料具有在为了使所述丝状材料分
散在所述浆料中而进行的混合过程期间基本上得以保持的丝长度。
10.权利要求1-9中任一项的方法，其中所述粘结剂以含有粘结剂的组
合物提供。
11.权利要求1-10中任一项的方法，其中所述自支撑刚性复合材料具有
在约0.06-约0.5g/cm3范围内的密度。
12.权利要求1-11中任一项的方法，其中颗粒间空气以小于约30体积
％的量存在于所述自支撑刚性复合材料中。
13.权利要求1-12中任一项的方法，其中使所述浆料在模具中成型并且
通过在所述浆料上以5psi～200psi的范围内的压力向下加压而压缩成型的浆
料。
14.权利要求1-12的方法，其中使用液压机进行压缩。
15.用于制造自支撑刚性复合材料的方法，该方法包括：
(a)将气凝胶颗粒与无机粘结剂组合以形成浆料；
(b)将丝状材料与所述浆料通过混合过程组合，从而形成混合物，所述
混合过程基本上保持表征所述丝状材料的初始丝长度；
(c)使所述混合物成型或将所述混合物施加到表面上或开口中；和
(d)允许成型的或施加的混合物硬化，其中所述硬化过程的至少部分在
压缩下进行，从而产生自支撑刚性复合材料，其中所述自支撑刚性复合材料
在23℃和1个大气压下具有不大于约50mW/m·K的热导率。
16.权利要求15的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA多施，TM米勒，JH蔡斯，CM诺伍德，
申请(专利权)人：卡博特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US