[发明专利]气凝胶和相变材料的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及气凝胶和含气凝胶的绝热复合材料。

背景技术

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。

发明内容

在一方面，本发明提供一种物体，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，本发明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，本发明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发明的优选实施方式，但其仅用于阐述目的，而不用于限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图，本发明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发明及其应用或用途。

在一方面，本发明提供一种材料体，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，本发明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，本发明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发明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发明。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发明，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。本发明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。