气凝胶和相变材料的复合材料制造技术

一方面，本发明专利技术提供一种包括与含相变材料的颗粒混合的含绝缘气凝胶材料的颗粒、以及形成保持该混合颗粒的基质的粘合剂的物体。另一方面，本发明专利技术提供一种形成绝缘体的方法，包括在基材上涂覆第一和第二流体；该第一流体包括粘合剂且该第二流体包括含气凝胶材料的颗粒；并同时在该基材上涂覆相变材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气凝胶和含气凝胶的绝热复合材料。
技术介绍
已知气凝胶提供良好的绝热性，并与其它材料相比具有吸引人的单位重量热防护。对用于运载工具(尤其是飞机)的高绝热性材料如气凝胶的需求日益紧迫。对于在长期经历剧烈热负荷的运载工具的情况下尤其如此。不幸的是，气凝胶难于涂覆在所要求保护的表面上。气凝胶可以固体形式使用，或更通常地以柔性覆盖层(blanket)形式使用，且其不能进行常规喷涂。无论固体还是覆盖层形式均不能像喷涂材料那样容易地涂覆到表面上。当将气凝胶-粘合剂组合物用于气凝胶涂覆时，可通过喷涂法涂覆气凝胶，其中所述粘合剂使气凝胶颗粒保持在一起并保持在其所涂覆的表面上。然而，与气凝胶相比，所述粘合剂材料具有较差的热性能；因此，使用粘合剂代替部分气凝胶存在缺陷。从而，存在改进基于气凝胶绝缘材料的热防护体系的需求。
技术实现思路
在一方面，本专利技术提供一种物体，其包含与含有相变材料的颗粒混合的绝缘气凝胶材料颗粒、和形成保持该混合颗粒的基质的粘合剂。 在另一方面，本专利技术提供一种通过在基材上涂覆第一和第二流体形成绝缘体的方法。该第一流体包含粘合剂且该第二流体包含气凝胶材料颗粒；以及同时在所述基材上涂覆相变材料(PCM)。任选地，该PCM包含在第一流体、第二流体、第三流体或其任意组合中。 通过下文提供的详细描述，本专利技术适用性的进一步范围将变得显而易见。应当理解，所述详细描述和具体实例虽表现了本专利技术的优选实施方式，但其仅用于阐述目的，而不用于限制本专利技术的范围。 附图说明 通过详细描述和附图，本专利技术将被更加充分地理解，其中 图1为气凝胶/PCM涂层的示意图。 图2为沉积装置的图解。 图3为表现PCM改进了瞬时热性能的曲线图。 具体实施例方式 以下优选实施方式的描述仅仅为示例性的，且其不以任何方式限制本专利技术及其应用或用途。 在一方面，本专利技术提供一种材料体，其包括与相变材料(PCM)混合的绝缘气凝胶材料。该相变材料能够存储热能作为相变的潜热。优选地，该气凝胶材料和相变材料保持在粘合剂基质中。 在另一方面，本专利技术提供一种通过在基材上共沉积包含气凝胶的颗粒、包含相变材料的颗粒、和包含粘合剂及载体的溶液，以形成绝热体的方法。去除该载体，以在该基材上形成固态绝热体。 在更进一步的方面，本专利技术提供一种通过在基材上同时释放第一和第二流体以形成绝缘体的方法。该第一流体包括含气凝胶的颗粒且该第二流体包含粘合剂。通过单独沉积气凝胶和粘合剂，可避免在沉积期间精细(delicate)气凝胶颗粒的分解(degradation)和碎裂。换言之，与难于将气凝胶颗粒混入适宜的粘合剂中相关的问题通过采用本专利技术的沉积方法得以避免。 优选将任何适宜的疏水性气凝胶颗粒用于本专利技术。疏水性气凝胶颗粒包括有机气凝胶颗粒和无机气凝胶颗粒。优选将无机气凝胶颗粒用于本专利技术，例如金属氧化物气凝胶颗粒，如二氧化硅、二氧化钛和氧化铝气凝胶。最优选使用基于二氧化硅的气凝胶颗粒。亲水性气凝胶颗粒也是已知的。本专利技术采用优选的疏水性气凝胶颗粒作为例子进行说明。 优选地，所述疏水性气凝胶颗粒包括降低该疏水性气凝胶颗粒导热率的乳浊剂(opacifying agent)。可使用任何适合的乳浊剂，其包括但不限于，炭黑、含碳材料、二氧化钛或其它微小颗粒、粘合剂、乳浊剂。 使用的疏水性气凝胶颗粒的尺寸部分取决于最终制品或绝缘材料体的期望特征。气凝胶颗粒的粒度还至少部分取决于相关的PCM材料的粒度。粒度的选择也部分取决于选择的粘合剂的类型。为了使PCM材料和气凝胶材料的颗粒进行混合，对所述相关颗粒的尺寸进行选择以便于实现该目的。 水凝胶的典型粒度为约6微米-3毫米。相变材料的典型粒度为约15-40微米。适宜的乳浊剂包括能够使得通过该组合物的红外(“IR”)辐射的传播最小化的那些乳浊剂。 根据应用，通过利用选定的PCM材料和气凝胶的粒度，颗粒间空隙的大小和分布可增大或减小。示例性图解的图1表明了气凝胶颗粒20尺寸大于相变颗粒30的情况。然而，可选择相反的布置。也可选择使得PCM材料与气凝胶材料具有彼此相近的平均粒度的布置。这里使用的术语粒度和粒径与本领域中的通常意义相同。 直径为6微米-3毫米并可使用二氧化钛乳浊化红外辐射的疏水性气凝胶颗粒可以为Cabot Nanogel GmbH Germany生产的商标为NANOGEL(TM)珠粒的纳米凝胶。 相变材料可由各种来源获得，包括可由Boulder，Colorado的OutlastTechnologies，Inc.获得的THERMASORB(TM)。THERMASORB PCM材料表现为微细的易流动粉末，其由包含吸热核心材料的耐久性囊状物构成。该囊状物直径可为1-数百微米。典型地，所述核心PCM材料占80％-85％的重量，其余为不可渗透的壳。该壳为能够经受在各种溶剂中的暴露的耐久性材料，并从而可以干粉形式或在水性有机或其它溶剂浆液中输送。该以THERMASORB为例子的PCM材料在介于约-20华氏度～超过100华氏度或超过200华氏度之间的各种转变温度下是可行的。 通常，相变材料在典型情况下当其由固态转变为液态时，具有吸收大量热的能力而不改变温度。随后当其由液态转变回固态形式时，释放相应的热。从而，当由包含PCM的材料体中吸收或放出热时，该PCM材料提供维持基本恒定的温度的能力。 优选的PCM材料包括蜡或与石油密切相关的产物，其在期望的温度范围内由固态转变为液态形式。选择这类产物的共混物以获得期望的转变。为了对本专利技术进行举例说明，选择具有在122华氏度下具有160J/g潜热的固态-液态转变的THERMASORB牌相变材料。封装直径(encapsulated diameter)为5-40微米。 尽管本专利技术参考由固相变为液相的PCM材料进行举例说明，但也可预期利用固相-固相的相变，其中与固态结构有关的相条件(phase condition)转变为具有不同固相和不同能量水平的第二结构条件，从而利用固相-固相相变的潜热。虽然通过本专利技术可以预期其它相变现象如气-液和气-固相变，但由于实用原因，其不是最期望的。 显然，通过选择PCM、气凝胶、和用于形成基质以包含该PCM和气凝胶的粘合剂，可以调整该绝缘体的热性质。从而，PCM的选择取决于期望的应用、整体复合材料和期望的性质。该PCM优选封装在微囊或较大囊状物或期望的不同尺寸混合物中。这种封装防止了当PCM为液态时的移动。其也避免了该PCM在其再冷却时形成一个固态不可弯曲物。在该优选实施方式中，优选将该PCM封装。本专利技术另外还包括PCM材料在粘合剂基质材料中的颗粒分散。从而，所述粘合剂基质材料本身也可起到封装功能。 适宜的PCM材料的一个例子为蜡，特别是石油/石蜡，其随着温度的升高和降低可熔化和再凝固。例如，这类蜡组合物具有适于运输工具(包括飞机)的高温环境的转变范围，主要在大于约100华氏度-约200华氏度的范围内，在该范围内，很多蜡具有其典型的熔点。通过控制该蜡组合物，可将该PCM调节为具有根据期望的操作温度条件变化的熔点。 选择本专利技术的基质粘合剂材料40，以形成用于保持PCM30和气凝胶20的适宜基质(图1)。要求其具有适于该功能的强度和导热率特性，并具有在适宜范围内的使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物体，其包括：与含相变材料（ＰＣＭ）的颗粒混合的含绝缘气凝胶材料的颗粒、和形成保持所述混合颗粒的基质的粘合剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯坦利A劳顿，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]