[发明专利]用于制造绝热复合材料的矿物纤维棉胎

说明书

本发明涉及矿物纤维产品领域，并更具体涉及用于制造绝热复合材料的矿物纤维棉胎。

矿物纤维增强物（reinforcements）广泛用于复合材料领域，例如作为纤维垫或遮蔽物（veil）或织物。它们可例如通过用液体（例如树脂）浸渍容易地与其它材料组合。然而，可以生产的产品的范围经常受纤维增强材料的厚度的限制。

尤其对于在绝热领域中的应用，这是一个问题，因为保温性能直接与厚度有关。因此，即使保温复合材料性能很好，也总是期望提供更高的厚度以达到更高水平的保温。

另一方面，目前作为几毫米厚的垫或遮蔽物或经常为1毫米或更小的织物可得的棉胎在用于制造复合材料的工艺操作角度是非常符合要求的。对于大部分转变（transformation）技术，增强棉胎应该具有允许在转变之前以最方便的方式对其运输和在转变生产线（line）中对其处理和将其包含在内和耐受转变过程中存在的机械应变的机械性质。更特别地，在浸渍的连续过程中，在整个生产线中棉胎在湿时运送，并且必须避免湿棉胎的退化。纤维垫、遮蔽物和织物具有良好的拉伸强度，特别是在机器方向。

本发明的目标是提供可用于制造复合材料中的纤维棉胎，其具有比可用的增强物高的厚度而不产生针对转变的工艺问题。

本发明的棉胎的一个具体应用领域是制造纤维增强的凝胶复合材料的方法，其包括以下步骤：提供纤维棉胎片材，将棉胎与凝胶前体组合，使该组合胶凝以制备复合材料，卷制复合材料；且干燥复合材料以制备纤维增强的凝胶复合材料，如纤维增强的二氧化硅气凝胶复合材料。

已经开发了显示出极低密度、高表面积、良好的光学性质、热性质和声学性质的气凝胶用于各种应用。然而，气凝胶具有固有缺点，例如弱性（weakness）和脆性。各种类型的增强物已经用于增加气凝胶的强度、柔韧性和其它重要性质。可以由以下步骤制备纤维增强的气凝胶复合材料：添加松散纤维或非织造纤维片材至凝胶前体，使组合胶凝以制备凝胶片材，老化凝胶片材和干燥形成的凝胶片材。

先前已经使用显示出极低密度、高表面积、良好的光学性质、热性质和声学性质的气凝胶以试图解决该需求和该气凝胶的性质可能对于有利的其它需求。然而，气凝胶具有固有缺点，例如弱性和脆性。显著地，当制备高度透明和疏水的气凝胶时，脆性变得严重得多，并且因此更难于对它们进行处理，并且对于流体干燥而言需要长循环时间以避免破裂。

低密度气凝胶的弱性和脆性可特别对生产规模扩大具有负面影响，并限制大规模制造。此外，具有较低密度的气凝胶可具有最好的透明度，但也显示更高的热导率，并且因此显示较差的保温性能。

气凝胶（低密度和高孔隙率）的脆弱结构还具有以下几个难点：在顺应不规则表面方面或在动态条件下，例如当夹在玻璃之间并且玻璃和气凝胶之间的不同热膨胀系数导致压缩力时保持完整性方面。因此，柔韧性、可压缩性、完整性、耐久性、强度和耐烧结、耐粉化（dusting）和耐破裂是气凝胶和气凝胶复合材料中潜在改进的所有方面。

已经做出许多尝试以改进气凝胶和气凝胶复合材料以解决这些问题和更充分利用其作为材料的显著性质。一些专利描述了用泡沫和颗粒状气凝胶制备复合材料的尝试，例如EP0489319和美国专利第6,136,216、5,691,392、6,040,375和6,068,882号。其它例如美国专利第4,966,919、5,037,859、5,972,254、5,973,015和6,087,407号和美国专利申请公开第2002/0094426号描述了采用或不采用泡沫的其它气凝胶或气凝胶复合材料。一些，例如美国专利申请公开第2005/0192367号和美国专利申请序列第11/392,925号描述了透明气凝胶或气凝胶复合材料。