[发明专利]隔音隔热材料

说明书

本发明涉及不易燃绝缘材料，该材料低堆积密度具有高度绝热性质并具有优良的隔音或消音性质。更具体地讲，本发明有关用含碳材料制成的结构材料，所用含碳材料导热率低，绝热性好和/或吸音性质优良，而制成的结构材料弹性好，易改形，质地轻且不易燃。该结构材料的特征还在于其形状和体积保持性能良好，在经过多次加压卸载循环之后仍能稳定保持其形体。

优异的保温材料必须满足环境要求。材料可能引起或产生的烟雾毒性，放气，粉尘和其它刺激物不仅对人体而且对设备也是问题。

常用合成树脂绝缘材料不适用，因为这些材料易燃并可产生大量毒性烟雾。如用于运载工具如商用飞机，宇宙飞船，卫星等，产生的烟雾或放气不仅对乘客是致命的，而且还可能损害高灵敏度仪器并污染光敏表面等或与运载工具的各操作零件发生化学反应。若选用适宜的纤维、涂料并对易燃材料进行预处理或后处理以尽可能降低放气量，则可部分控制这些污染物质的排放。大多数应用场合如用于飞机又要求飞机内存在尽可能少的挥发性物料。已采用过完全结晶，完全交联或热固性聚合材料，这些材料对火焰虽显示出相当的惰性行为，但仍然是可燃的。

现有技术中在许多情况下用作不同绝热材料的包括石棉，玻璃棉，矿物棉，聚酯和聚丙烯纤维，用相对短浅纤维制成的碳素和石墨毡垫，家禽羽毛等各种材料以及聚氨酯泡沫等各种合成树脂状泡沫材料，作为许多用途的绝热材料。尽管石棉、碳素和石墨毡垫，玻璃纤维和矿物棉被认为是不易燃的，但上述的其它绝热材料仍然被认为是可燃的。众所周知的某些绝热材料的堆积密度为5.6～32kg/m³至32～80kg/m³，前者用于温度不超过120℃的绝热材料，而后者用于更高温度下的绝热材料。即使最近由NASA公开的最新“轻型”绝热材料也有32～96kg/m³的堆积密度，该材料由陶瓷材料构成，其中已烧掉了含碳材料。此外，许多轻型绝热材料由直径3～12μm的长丝并捻、拉伸、卷曲及切断的合成聚合物纤维和直径12μm以上至高达50μm的合成聚合物短纤维混制成的，这些材料不能防火并且缺乏良好的吸音性质。

美国专利No.4，167，604（William    E.Aldrich）建议采用卷曲空心聚酯长丝与（家禽）羽绒制成多层织物，再用热固性树脂进行处理而制成绝热棉絮。但是所说织物并不具有阻燃性质，而且吸音性质也不好。

美国专利No.4，321，154（Francois    Ledru）谈到的是由矿物纤维和热解碳构成的高温绝热材料。为制成轻型绝热材料，采用了发泡剂或空心颗粒如微球空心粒料。

美国专利No.4，193，252（Shepherd，et，al）说明了用已针织成织物的人造丝制备部分碳化的石墨和碳纤维。当将此织物拆线时，部分碳化的和碳化的纤维就会含纽结。完全碳化或石墨纤维也形成纽结，而且其性质更为长久。申请人已发现，部分碳化人造丝不会保持其可逆挠曲并在极低温度下或进行拉伸时会失去其纽结。完全碳化或石墨纱易脆，在拆线后进行处理，即使不是不可能，也是困难的。而且已知人造丝制成的碳纤维具有很高的吸水性并且其导热率低于石墨含量更高的纤维如用丙烯酸组合物制成的纤维。

根据本发明，已提出轻型不易燃结构材料，这种材料由许多非直线性含碳纤维构成，而所用纤维又具有优良的绝热性质和/或吸音性质。更具体地讲，本发明有关由许多弹性含碳或碳纤维构成的结构材料，所用纤维具有正弦或线圈形状，其可逆挠曲比至少为约1.2∶1，长阔比（l/d）大于10∶1，而极限氧指数值大于40。这种结构材料的堆积密度为2.4～32kg/m³，对于用于衣着制品等的轻型结构材料最好为2.4～8kg/m³，而对于用于熔炉绝缘的更重结构材料最好为8～32kg/m³。

本发明特别是有关由许多非直线性不易燃含碳或碳素长丝构成的结构材料，长丝中含至少65%的碳。具体的长丝以其碳化度和/或其导电率表示，从而可确定其最适宜的用途。

根据本发明的第一种实施方案，用于本发明绝热和/或吸音结构材料的非线性含碳长丝为不导电长丝，这是将稳定丙烯酸纤维或织物或其它一些稳定碳纤维母体材料部分碳化而制成的，其碳化条件适于使纤维达到正弦和/或线圈状构形。该长丝的特征还在于将其制成无纺垫或絮垫时外观和组织均呈羊毛状松软状态。显而易见的是，结构材料中长丝量越大，羊毛状组织就会越多，弹性也越高。这类纤维可与非含碳纤维或线性含碳纤维混用。