[发明专利]气凝胶复合材料及其制造和使用方法

说明书

相关申请

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2009年11月25日提交的美国临时专利申请No.61/264352和2010年1月19日提交的美国临时专利申请No.61/296183的权益，将它们两者的全部内容引入本文作为参考。

背景技术

许多应用得益于相对轻的且结合了所需的机械性能和绝缘特性的材料。建筑工业和其它领域中的趋势也偏爱其制造和使用是简易的制品。因此，对于这样的材料、制品以及它们的制造和使用方法存在持续的需要。

发明内容

本发明总体上涉及包含气凝胶的复合材料、制造方法、以及使用这样的复合材料的方法和制品。总的来说，本文中描述的复合材料具有这样的热导率(在23℃和1个大气压下)，其不大于约50mW/(m·K)，例如，在约20-约30mW/(m·K)的范围内，如26mW/(m·K)，且可小于或等于20mW/(m·K)。所述复合材料可进一步特征在于它们的机械性能。

例如，在一个实施方式中，本发明涉及包括含有气凝胶的材料(例如颗粒形式的)和粘结剂(binder)(例如无机的，如水泥质粘结剂)的自支撑刚性复合材料。在具体实施中，所述自支撑刚性复合材料具有根据ASTM C518测量的不大于约30mW/(m·K)，例如26mW/(m·K)或更低，如20mW/(m·K)的热导率，且可进一步特征在于一种或多种机械性能例如其压缩强度、挠曲强度和/或弹性模量。在一些实施中，所述自支撑刚性复合材料包含一种或多种其它成分，例如，表面活性剂、纤维、遮光剂、阻燃剂等。

在另一实施方式中，本发明涉及用于制造复合材料的方法。该方法包括：将气凝胶颗粒、粘结剂、以及任选的一种或多种其它成分例如遮光剂、表面活性剂、阻燃剂、纤维等组合以形成浆料；使该浆料成型或涂覆该浆料；和允许所述浆料硬化(harden)，从而产生所述复合材料。在本发明的许多方面中，所述硬化周期(整个过程，cycle)的至少部分在压缩下进行。当采用纤维或其它丝状(filamentary)材料时，本发明的一些方面偏爱窄的纤维长度分布，在许多情况中，所述纤维长度分布向更高的纤维长度值偏移。

在一种实施中，用于制造自支撑刚性复合材料的方法包括：将气凝胶颗粒与粘结剂组合以形成浆料；使所述浆料成型；和允许所述成型的浆料硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，从而产生具有如下的自支撑刚性复合材料：在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；以及选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。

在另一实施中，用于制造自支撑刚性复合材料的方法包括：将含有气凝胶的材料与粘结剂组合以形成浆料；将丝状材料与所述浆料通过混合过程组合，从而形成混合物，所述混合过程基本上保持表征所述丝状材料的初始丝(filament)长度；使所述混合物成型；和允许混合物硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，从而产生所述自支撑刚性复合材料。

在进一步的实施中，用于制造刚性复合材料的方法包括：将含有气凝胶的材料与粘结剂组合以形成浆料；将丝状材料与所述浆料通过混合过程组合，从而形成混合物，所述混合过程基本上保持表征所述丝状材料的初始丝长度；将所述混合物施加到基材上或开口(opening)中；和允许该混合物硬化，从而形成所述刚性复合材料，其中所述刚性复合材料具有：在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；以及选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。

在又一实施中，用于制造刚性复合材料的方法包括：将气凝胶颗粒与粘结剂组合以形成浆料；将所述浆料施加到表面上或开口中；和允许所施加的浆料硬化，其中所述硬化过程的至少部分在压缩下进行，从而产生具有如下的刚性复合材料：在23℃和1个大气压下不大于约50mW/m·K的热导率；以及选自如下的一种或多种机械性能：(i)大于约0.05MPa的挠曲强度；(ii)大于约0.1MPa的压缩强度；和(iii)大于约0.5MPa的弹性模量。

在进一步的实施方式中，本发明涉及含有气凝胶的复合材料，例如具有本文中公开的特性的自支撑和/或刚性复合材料，在下面进一步描述的各种制品和/或应用中的用途。