【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池防护材料制备的，具体涉及一种热响应陶瓷化耐火防爆垫及其制备方法。
技术介绍
1、随着社会经济的发展以及“双碳”目标的提出，以电池系统为主要动力的新能源汽车、大型储能设备、电子设备以及医疗设备的数量越来越多，这对电池系统要求更高的能量密度，随之而来的是电池系统发生燃烧和爆炸的几率逐渐增加，电池系统的燃烧和爆炸会导致整个设备的燃烧和爆炸，损害人类的生命财产安全，严重时会导致人的死亡。2020年发布的三项电动汽车强制性国家标准中《电动汽车用动力蓄电池安全要求》要求电池单体发生热失控之后，电池系统在5分钟内不起火不爆炸，因此，提高电池系统的安全性是非常重要的。
2、目前，在电池阻燃防护方面最常见的材料是无机材料气凝胶，其虽然具有高强度、高阻燃性、高温稳定性等优点，但韧性很差，很难抵抗电池爆炸时所产生的冲击力，而聚合物气凝胶虽然具有高韧性，高弹性，但是其热稳定性很差，通常在400～500℃就会分解，阻燃性能差。近年来，人们发现陶瓷化硅橡胶在常温下保持硅橡胶的基本特性，如抗冲击性、减震性、优异的韧性和回弹性，在高温时转化为无机陶瓷材料，具有卓越的防火耐火性，优异的阻燃性、出色的电绝缘性、卓越的耐化学性能，以及机械性能优良等。陶瓷化硅橡胶是通过在硅橡胶基体中添加特殊填料制备而成的一种新型材料，广泛应用于电缆绝缘层、防火层、电池隔热毡等领域。但目前陶瓷化硅橡胶在使用过程中也存在很多问题，如陶瓷化硅橡胶中加入过多无机填料，无机填料之间产生团聚导致聚合物力学性能下降；因陶瓷层和硅橡胶之间的热膨胀率不同，导致陶瓷层的分层
3、陶瓷化硅橡胶在低温下具有优异的韧性，在高温下能够裂解成非晶陶瓷，具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性、防水性、电绝缘性、环境稳定性等性能，其在电缆阻燃、隔热、疏水剂、绝缘等领域展现了广阔的应用前景。浸渍交联法是一种快速构建化学和物理双交联网络，实现有机材料包覆无机材料，进一步提高无机材料之间的结合稳定性的同时提供三维交联网络的弹性支撑。通过两步浸渍交联将聚合物包覆在无机纳米纤维表面，为无机纳米纤维提供弹性支撑的同时，提高了纤维之间的结合力，满足在低温使用过程中通过有机链的空间移动实现吸能减震，而化学交联保证气凝胶复合材料在受冲击时结构不被破坏，在使用过程中，陶瓷化硅橡胶受到火焰侵蚀生成非晶陶瓷层，阻碍外部氧气和火焰与内部聚合物接触，达到阻燃的效果。同时通过冷冻干燥法制备具有稳固三维网络的无机气凝胶材料，无机纳米纤维可以作为助熔剂和稳固的三维骨架，使陶瓷层更加致密，因此制备高温热响应型纳米纤维复合气凝胶对电池的耐火防爆是十分有意义的。
4、lin等人(xin-cen lin,shu-liang li,wen-xiong li,et al.thermo-responsiveself-ceramifiable robust aerogel with exceptional strengthening and thermalinsulating performance at ultrahigh temperatures[j].advanced functionalmaterials,2023,33(2214913):1-11)通过冷冻干燥法制备了聚有机硅氧烷气凝胶，通过添加聚磷酸铵/硼酸锌(app/zb)作为助熔成分、蒙脱石(mmt)/云母作为耐火成分添加进气凝胶中，得到了在高温下具有独特热响应陶瓷化能力、优异的隔热性能和高强度的热防护气凝胶。但是，该气凝胶中加入过多的无机填料，无机填料在制备过程中容易团聚，导致聚有机硅氧烷气凝胶的力学性能降低。
5、贺春江(贺春江.云母粉/玻璃粉/助烧剂并用对硅橡胶性能的影响[j].橡胶工业,2022,69(01):34-38)采用云母粉/玻璃粉/助烧剂并用体系促进了硅橡胶在高温下能快速形成相结构均一、致密、连续的陶瓷层，其可以阻隔热量和氧气进入硅橡胶内部，达到阻燃的目的，但并用体系引入过多的无机填料，其降低了硅橡胶的拉伸性能。
6、中国专利《一种可陶瓷化阻燃图层涂覆硅橡胶泡沫及其制备工艺》(申请号：202210886260.8，授权号：cn115073921b，公告日：2024.01.26)公开了一种可陶瓷化阻燃涂层涂覆硅橡胶泡沫及其制备工艺，首先制备硅橡胶泡沫，然后采用可陶瓷化涂层浆料涂覆制备出三明治结构的硅橡胶泡沫，获得了极限氧指数为42％的硅橡胶泡沫。但该方法需要在氮气氛围中超临界发泡，制备工艺复杂，并且硅橡胶基体能承受的温度范围低，很难提供稳定的支撑结构。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种热响应陶瓷化耐火防爆垫及其制备方法，解决了现有技术中因陶瓷层与聚合物热膨胀率不同而脱落，无机填料过多易团聚导致聚合物力学性能下降的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种热响应陶瓷化耐火防爆垫及其制备方法，具体按照以下步骤实施：
4、步骤1，制备分散液
5、将无机纳米纤维、助熔剂分散在去离子水中超声混合均匀，获得均匀的分散液；
6、步骤2，制备无机纳米纤维气凝胶
7、将步骤1制备的分散液中加入冷冻粘结剂，水浴加热混合均匀，然后放置于冰箱冷藏室中预冷冻，得到湿凝胶；将湿凝胶倒入冷冻模具中，并将模具置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，获得无机纳米纤维气凝胶；
8、步骤3，气凝胶预浸渍
9、将硅烷偶联剂、有机溶剂和去离子水混合均匀，得到预浸渍溶液，将步骤2制备得到的无机纳米纤维气凝胶浸渍在预浸渍溶液中，直到无机纳米纤维气凝胶完全饱和，随后将无机纳米纤维气凝胶放置于干燥箱中干燥，采用无水乙醇溶液对干燥后的无机纳米纤维气凝胶反复清洗；
10、步骤4，浸渍有机硅胶
11、将端羟基pdms、端乙烯基pdms、催化剂和有机溶剂在超声和搅拌的辅助下混合均匀，得到硅胶浸渍溶液；将步骤3得到的无机纳米纤维气凝胶浸渍于硅胶浸渍溶液中饱和后，放置于高温反应釜中进行交联反应；随后将无机纳米纤维气凝胶放置于无水乙醇和乙二醇的混合溶液中浸泡，多次更换无水乙醇和乙二醇的混合溶液，实现溶剂置换；
12、步骤5，干燥固化处理
13、将步骤4制备得到的浸渍交联气凝胶置于干燥箱中干燥固化，获得热响应陶瓷化耐火防爆垫。
14、进一步地，步骤1中无机纳米纤维为sio2、tio2、si3n4、sic等纳米纤维；助熔剂为三氧化二硼b2o3、硼酸锌zn3b2o6、硼酸h3bo3、五氧化二钒v2o5、二氧化硅sio2中的任意一种；
15、助熔剂与无机纳米纤维的质量比为1:10～1:15，无机纳米纤维与去离子水的质量比为1:10～1:20，超声时间为15～30min，超声功率为200～300w，频率为140～160hz。
16、进一步地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，步骤1中无机纳米纤维为SiO2、TiO2、Si3N4、SiC等纳米纤维；助熔剂为三氧化二硼B2O3、硼酸锌Zn3B2O6、硼酸H3BO3、五氧化二钒V2O5、二氧化硅SiO2中的任意一种；助熔剂与无机纳米纤维的质量比为1:10～1:15，无机纳米纤维与去离子水的质量比为1:10～1:20，超声时间为15～30min，超声功率为200～300W，频率为140～160Hz。
3.根据权利要求1所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，步骤2中冷冻粘结剂为聚乙烯醇PVA、聚乙烯吡咯烷酮PVP中的任意一种，冷冻粘结剂的质量分数在7wt.％～15wt.％之间，冷冻粘结剂与分散液的质量比为1:20～1:30，水浴温度为50～80℃，搅拌时间为30～60min，冰箱冷藏室温度为0～10℃，冷藏时间为1～3h，冷冻干燥机的冷冻温度为-50～-40℃，冷冻时间为24～48h。
4.根据权利要求1所述
5.根据权利要求1所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，步骤4中催化剂为二氟三苯基硅酸四丁基铵、有机环聚磷腈碱中的任意一种，有机溶剂为乙二醇、无水乙醇、正丁醇、乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺中的任意一种；硅胶浸渍溶液按质量百分比包括端羟基PDMS为5％～7％，端乙烯基PDMS为4％～8％，催化剂为20％～30％和有机溶剂为55％～71％，以上组分总和为100％；在功率为200～300W，频率为140～160Hz的超声机中超声20～30min，然后搅拌时间为30～60min，无机纳米纤维气凝胶的浸渍时间为12～18h，交联温度为80～90℃，交联时间为3～4h，无机纳米纤维气凝胶在无水乙醇和乙二醇的混合溶液中单次浸泡时间为20～30min，无水乙醇和乙二醇的混合溶液更换3～5次；无水乙醇和乙二醇溶液按照1:1的比例进行混合。
6.根据权利要求1所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，步骤5中浸渍交联气凝胶放置于60～120℃的干燥箱中干燥3～5h。
7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法制备得到的热响应陶瓷化耐火防爆垫。
...【技术特征摘要】
1.一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，步骤1中无机纳米纤维为sio2、tio2、si3n4、sic等纳米纤维；助熔剂为三氧化二硼b2o3、硼酸锌zn3b2o6、硼酸h3bo3、五氧化二钒v2o5、二氧化硅sio2中的任意一种；助熔剂与无机纳米纤维的质量比为1:10～1:15，无机纳米纤维与去离子水的质量比为1:10～1:20，超声时间为15～30min，超声功率为200～300w，频率为140～160hz。
3.根据权利要求1所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，步骤2中冷冻粘结剂为聚乙烯醇pva、聚乙烯吡咯烷酮pvp中的任意一种，冷冻粘结剂的质量分数在7wt.％～15wt.％之间，冷冻粘结剂与分散液的质量比为1:20～1:30，水浴温度为50～80℃，搅拌时间为30～60min，冰箱冷藏室温度为0～10℃，冷藏时间为1～3h，冷冻干燥机的冷冻温度为-50～-40℃，冷冻时间为24～48h。
4.根据权利要求1所述的一种热响应陶瓷化耐火防爆垫的制备方法，其特征在于，步骤3中硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种，有机溶剂为乙二醇、无水乙醇、正丁醇、乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺中...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤玉斐，钟欢，唐晨，蒋君毅，叶佳怡，种鹏蛟，汪浩，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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