[发明专利]内部增强的气凝胶及其用途

说明书

描述了内部增强的气凝胶、其制品及其用途。内部增强的气凝胶包含气凝胶，其中支撑体至少部分进入气凝胶且所述气凝胶进入所述支撑体的多孔结构。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月3日提交的美国临时申请第62/250044号和于2015年12月2日提交的美国临时申请第62/262044号的优先权和权益。所引申请的内容通过引用并入本申请。

发明背景

A.技术领域

本公开内容涉及气凝胶领域。具体而言，本发明涉及包括至少部分进入气凝胶的支撑材料(例如膜或层)的增强气凝胶。

B.相关技术说明

根据定义，凝胶是一种海绵样三维固体网络，其孔隙填充有其他非气态物质，如液体。凝胶的液体不能从凝胶结构中自由扩散并保留在凝胶的孔隙中。干燥期间呈现无阻碍收缩和内部孔隙塌陷的凝胶干燥提供通常称为干凝胶的材料。

相比之下，干燥期间几乎没有或没有收缩和内部孔隙塌陷的凝胶可以产生气凝胶。气凝胶是由凝胶形成的多孔固体，其中填充固体孔隙的液体已被气体替代。随着液体被消耗，作用于凝胶固体网络上的毛细作用力被最小化或抵消，因此干燥期间凝胶固体网络的收缩可忽略不计或者完全避免。气凝胶的特征通常在于具有高孔隙率(约94％至98％)和高比表面积。气凝胶还具有相对低的密度，并且是具有最高99％孔隙率的独特固体。这种大孔隙赋予气凝胶许多有用的性质，包括高表面积、低折射率、低介电常数、低热损失系数和低声速。

然而，传统的气凝胶缺乏机械耐久性。缺乏耐久性会对扩大生产规模、大规模制造、构造不规则表面或在动态条件下保持完整性产生负面影响。因此，柔性、可压缩性、完整性、耐久性、强度和抗撕裂性是气凝胶潜在改进的所有方面。

发明内容

本发明人发现了一种制备增强气凝胶的方法，其提供改善的耐久性，同时保持所述气凝胶的其他有益特征。实施方案涉及具有并入到气凝胶的支撑材料(例如膜或层)的气凝胶——内部增强的气凝胶。所得气凝胶的材料强度、弯曲疲劳、抗撕裂性和其他机械性能得到改善，同时保持隔热和隔音性能。

某些实施方案涉及包含具有支撑体的气凝胶的内部增强的气凝胶，所述支撑体至少部分进入气凝胶且所述气凝胶进入支撑体的结构，即所述支撑体并入所述气凝胶中。某些方面涉及内部增强的气凝胶，其中在不使用任何外部黏合剂将支撑体黏附至所述气凝胶的情况下，使所述支撑体与所述气凝胶结合，即在某些方面所述内部增强的气凝胶特别地排除使用任何黏合剂。在其他方面中，支撑体完全进入气凝胶，并设置成与气凝胶的顶部边缘和底部边缘大致等距，或位于支撑体外部边缘之间的任何位置。在某些方面，支撑体部分进入气凝胶(气凝胶也进入支撑体)，并且支撑体的一部分位于气凝胶的外边缘之外或与气凝胶的外边缘对齐。在某些方面，气凝胶为聚合物气凝胶。在另一方面，气凝胶为聚酰亚胺气凝胶。在某些情况下，支撑体可以呈膜或层的形式。在特定的情况下，支撑体可以是气凝胶中的多个纤维、气凝胶中的纤维膜或纤维层、含纤维的膜或层，或者包含压制在一起以形成支撑体的两个或多于两个纤维层的支撑体膜或支撑体层。

在某些方面，气凝胶为增强薄膜或增强薄层的形式。气凝胶的厚度可以为1.5密耳、2密耳、3密耳、4密耳、5密耳、6密耳、7密耳、8密耳或9密耳至8密耳、9密耳、10密耳、11密耳、12密耳、13密耳、14密耳或15密耳，包括其中的所有数值和范围。在某些方面，气凝胶的厚度为至多8密耳、9、10密耳、11密耳、12密耳、13密耳、14密耳或15密耳。