本发明专利技术公开了一种热电池用柔性纤维复合包裹材料及其制备方法，利用离心法制备出三种直径的超细玻璃纤维，以及利用静电纺丝法分别制备出三种直径的纳米级高分子纤维和三种直径的纳米级陶瓷纤维，保证了三种超细玻璃纤维与高分子纤维和陶瓷纤维分别一一对应粗细搭配，进而实现了进行纤维之间有效的缠绕和包覆，在超细玻璃纤维网络结构中引入复合纳米级纤维网络结构，进行网络结构和孔隙结构的分隔和重构，从而实现微米级超细玻璃微纤维与纳米级纤维所构建的三维网络结构和多级空隙结构的可控构建，进而提升制成复合包裹材料的柔韧性和比表面积，最终提高了制成纤维复合包裹材料隔热性能，提高了热电池的抗冲击性能、热电池的比能量和工作寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热电池用柔性纤维复合包裹材料，属于玻璃微纤维复合材料。
技术介绍
1、热电池是以固态熔盐作为电解质的一次贮备电池的一种，因其具有大功率放电、贮存时间长、能耐苛刻环境等优点，而被广泛应用于各类制导武器和先进装备中。热电池在高温工作环境中，因在加速度等外力的作用下，熔融的电解质容易发生流动而导致泄露现象产生，所以会造成电池短路或者崩塌，进而导致电池不能正常的运行工作。热电池包裹材料处于电池堆和电池壳体之间，起到隔绝热量和外溢熔融电解质而防止短路的作用。现目前，热电池包裹材料主要又硅酸铝纤维毡、石棉纸、气凝胶毡的多层材料物理复合叠加组成，一方面材料的脆性大，使用安装过程中容易掉粉，造成复合后的包裹材料与电池堆的贴合性差，而造成容易热电池短路；另一方面石棉被世界卫生组织列为一类致癌物，因此使用石棉纸会给操作人员造成极大的健康危害。因此，本专利技术的目的就是利用离心法和静电纺丝法分别生产三种不同纤维平均直径的微米级超细玻璃纤维、纳米级高分子纤维和纳米级陶瓷纤维进行有效匹配包覆，解决三维纤维材料中两种纤维间缺乏有效的交联，实现三维网络结构和多级孔隙结构的可控可调，提供一种具有轻量化、高柔韧和隔热性能优异的热电池用轻量化柔性纤维复合包裹材料制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种热电池用轻量化柔性纤维复合包裹材料及其制备方法，以解决现有技术制备的热电池用复合包裹材料的柔韧性差、重量大、纤维三维网络结构调控困难和隔热性能较低的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种热电池用轻量化柔性纤维复合包裹材料，所述纤维复合包裹材料按质量百分数计组分包括：微米级超细玻璃纤维60～80wt％，纳米级静电纺丝高分子纤维5～10wt％，纳米级静电纺丝陶瓷纤维15～20wt％，所述微米级超细玻璃纤维、纳米级静电纺丝高分子纤维、纳米级静电纺丝陶瓷纤维分别各自包括三种不同的平均直径。
3、进一步的，所述三种微米级超细玻璃纤维平均直径为3.5μm、5.5μm和8μm。
4、进一步的，所述三种纳米级静电纺丝高分子纤维和三种纳米级静电纺丝陶瓷纤维平均直径均为30nm、60nm和100nm。
5、进一步的，所述微米级超细玻璃纤维的组分按质量百分数计包括：sio2+al2o3+mgo+cao+b2o3：70～85wt％，碱金属氧化物(na2o+k2o)：11～15wt％，fe2o3≤0.5wt％。
6、进一步的，所述纳米级静电纺丝高分子纤维按质量百分数计包括a类：40～50wt％，b类：30～40wt％，c类：20～30wt％，其中，a类为聚酰亚胺，b类为聚四氟乙烯，c类为聚苯基喹噁啉。
7、进一步的，所述纳米级静电纺丝陶瓷纤维按质量百分数计包括a类：40～50wt％，b类：30～40wt％，c类：20～30wt％，其中，a类为bn，b类为莫来石，c类为al2o3。
8、所述轻量化柔性纤维复合包裹材料的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤1，根据纤维复合包裹材料中微米级超细玻璃纤维的组分选取原材料混合均匀后投入窑炉熔炼成无杂质透明的玻璃液，然后玻璃液经过同一条窑炉料道分别流入排摆放的1#-3#合金漏板，然后分别形成各自的玻璃液流股；
10、步骤2，玻璃液流股分别流入1#-3#离心机，然后分别在混合燃气作用下被二次熔融并被高速牵拉成纤维平均直径为3.5μm、5.5μm和8μm的三种超细玻璃纤维；
11、步骤3，将a类聚酰亚胺、b类为聚四氟乙烯和c类为聚苯基喹噁啉分别利用静电纺丝法制备出纤维平均直径为30nm、60nm和100nm的三种高分子纤维，让三种不同直径的高分子纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的超细玻璃纤维表面；
12、步骤4，将a类为bn、b类为莫来石和c类为al2o3分别利用静电纺丝法制备出纤维平均直径为30nm、60nm和100nm的三种陶瓷纤维，让三种不同直径的陶瓷纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的复合纤维表面，然后均匀的分散在集棉机网带上，进而形成蓬松的轻量化纤维复合包裹材料；
13、步骤5，蓬松的纤维复合包裹材料经三段式热压定型、固化和烘干后制得热电池用轻量化柔性纤维复合包裹材料。
14、进一步的，所述步骤3和4的将三种不同纤维平均直径的高分子纤维和陶瓷纤维均匀分布和缠绕的具体过程为：
15、步骤3.1，在每台离心机的离心盘正下方0.5m处各有一个静电纺丝喷嘴环，将一种高分子纤维均匀喷洒在步骤2的一种微米级超细玻璃纤维表面，形成的纤维复合包裹材料含有三种复合纤维；
16、步骤3.2，在每台离心机的离心盘正下方1m处另各有一个静电纺丝喷嘴环，将一种陶瓷纤维均匀喷洒在步骤3.1的一种微米级超细玻璃纤维和纳米级高分子纤维的复合纤维表面，然后再依靠集棉机负压吸附的作用下，被吸附分散在裹有玻璃纤维布的集棉机网带上，最终三种不同成分和直径的复合纤维均匀的分散在集棉机网带上。
17、进一步的，所述三种高分子纤维、三种陶瓷纤维和所述三种超细玻璃纤维的喷洒按相对粗细关系一一对应。即30nm的纳米级高分子纤维涂敷在3.5μm的超细玻璃纤维上，再涂敷30nm的陶瓷纤维，称为复合纤维ⅰ，即60nm的纳米级高分子纤维涂敷在5.5μm的超细玻璃纤维上，再涂敷60nm的陶瓷纤维，称为复合纤维ⅱ，即100nm的纳米级高分子纤维涂敷在8μm的超细玻璃纤维上，再涂敷100nm的陶瓷纤维，称为复合纤维ⅲ，所述复合纤维ⅰ、复合纤维ⅱ和复合纤维ⅲ，均匀的分散在集棉机网带上，进而形成蓬松的轻量化柔性纤维复合包裹材料。
18、所述纤维复合包裹材料的结构和应用，其特征在于，所述纤维复合包裹材料的结构为三种不同直径的高分子纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的超细玻璃纤维表面为复合纤维a，三种不同直径的陶瓷纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的复合纤维a表面形成最终纤维复合包裹材料，所述纤维复合包裹材料在热电池上的应用。
19、所述热电池用轻量化柔性纤维复合包裹材料的孔隙率≥99.7％，其中按体积占比，孔径≤30nm占75％，30nm≤孔径≤60nm占10％，孔径≥60nm占50％。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
21、(1)本专利技术提出利用离心法制备出纤维平均直径为3.5μm、5.5μm和8μm的三种超细玻璃纤维，以及利用静电纺丝法分别制备出纤维平均直径为30nm、60nm和100nm的三种纳米级高分子纤维和三种纳米级陶瓷纤维，保证了三种超细玻璃纤维与高分子纤维和陶瓷纤维分别一一对应粗细搭配，进而实现了进行纤维之间有效的缠绕和包覆，在超细玻璃纤维网络结构中引入复合纳米级纤维网络结构，进行网络结构和孔隙结构的分隔和重构，从而实现微米级超细玻璃微纤维与纳米级纤维所构建的三维网络结构和多级空隙结构的可控构建，进而提升制成复合包裹材料的柔韧性和比表面积，最终提高了制成纤维复合包裹材料本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种热电池用轻量化柔性纤维复合包裹材料，其特征在于，所述纤维复合包裹材料按质量百分数计组分包括：微米级超细玻璃纤维60～80wt％，纳米级静电纺丝高分子纤维5～10wt％，纳米级静电纺丝陶瓷纤维15～20wt％，所述微米级超细玻璃纤维、纳米级静电纺丝高分子纤维、纳米级静电纺丝陶瓷纤维分别各自包括三种不同的平均直径。
2.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述三种微米级超细玻璃纤维平均直径为3.5μm、5.5μm和8μm。
3.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述三种纳米级静电纺丝高分子纤维和三种纳米级静电纺丝陶瓷纤维平均直径均为30nm、60nm和100nm。
4.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述微米级超细玻璃纤维的组分按质量百分数计包括：SiO2+Al2O3+MgO+CaO+B2O3：70～85wt％，碱金属氧化物(Na2O+K2O)：11～15wt％，Fe2O3≤0.5wt％。
5.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述纳米级静电纺丝高分子纤维按质量百分数计包括A类：40～50wt％，B类：30～40wt％，C类：20～30wt％，其中，A类为聚酰亚胺，B类为聚四氟乙烯，C类为聚苯基喹噁啉。
6.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述纳米级静电纺丝陶瓷纤维按质量百分数计包括A类：40～50wt％，B类：30～40wt％，C类：20～30wt％，其中，A类为BN，B类为莫来石，C类为Al2O3。
7.根据权利要求1-6任一所述轻量化柔性纤维复合包裹材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述纤维复合包裹材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3和4的将三种不同纤维平均直径的高分子纤维和陶瓷纤维均匀分布和缠绕的具体过程为：
9.根据权利要求8所述纤维复合包裹材料的制备方法，其特征在于，所述三种高分子纤维、三种陶瓷纤维和所述三种超细玻璃纤维的喷洒按相对粗细关系一一对应。
10.根据权利要求1-9任一所述纤维复合包裹材料的结构和应用，其特征在于，所述纤维复合包裹材料的结构为三种不同直径的高分子纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的超细玻璃纤维表面为复合纤维A，三种不同直径的陶瓷纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的复合纤维A表面形成最终纤维复合包裹材料，所述纤维复合包裹材料在热电池上的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种热电池用轻量化柔性纤维复合包裹材料，其特征在于，所述纤维复合包裹材料按质量百分数计组分包括：微米级超细玻璃纤维60～80wt％，纳米级静电纺丝高分子纤维5～10wt％，纳米级静电纺丝陶瓷纤维15～20wt％，所述微米级超细玻璃纤维、纳米级静电纺丝高分子纤维、纳米级静电纺丝陶瓷纤维分别各自包括三种不同的平均直径。
2.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述三种微米级超细玻璃纤维平均直径为3.5μm、5.5μm和8μm。
3.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述三种纳米级静电纺丝高分子纤维和三种纳米级静电纺丝陶瓷纤维平均直径均为30nm、60nm和100nm。
4.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述微米级超细玻璃纤维的组分按质量百分数计包括：sio2+al2o3+mgo+cao+b2o3：70～85wt％，碱金属氧化物(na2o+k2o)：11～15wt％，fe2o3≤0.5wt％。
5.根据权利要求1所述纤维复合包裹材料，其特征在于，所述纳米级静电纺丝高分子纤维按质量百分数计包括a类：40～50wt％，b类：30～40wt％，c类：20～30wt％...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟福强，赵贵平，贾怀杰，刘瑞锋，陈西浩，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：
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