[发明专利]膨胀型纳米结构化材料及其制造方法

说明书

一种用于热保护的膨胀型纳米结构化材料，其包含：包括多个纳米结构化材料的元件和膨胀型材料，该膨胀型材料与该元件相连，并且配置成在热源的存在下反应以形成用于将该元件与热源隔热的泡沫。该元件可以是非织造片、织造片、纱线或网络，并且可以配置成从热源传导开热能。一种溶液包含多个纳米结构化材料、膨胀型材料和溶剂，其中该溶液具有适合于涂覆或喷涂到基底表面上的粘度。该溶液可以具有约3000厘泊至约6000厘泊且可能小于约1000厘泊的粘度。该溶液当在基底上干燥时可以在基底上形成热保护性涂层。

背景

结构和人二者防火保护的通用领域取决于可隔离及铺展和散热的材料。特别地，膨胀型材料的领域依赖于吸热、生成气体并驱动相变以产生帮助隔离的泡沫的化学反应。目前的应用是受限的，因为将膨胀型材料容纳入其他材料之中或之上，并且控制在加热事件期间所生成的泡沫的性能可以是困难的。此外，膨胀型泡沫在热源的存在下可快速破裂，由此限制了其可以保护结构和人免受伤害的持续期。更进一步的，膨胀型泡沫具有有限的从热源消散掉热的能力。

概述

本公开内容涉及一种用于热保护的膨胀型纳米结构化材料。该热保护材料可以包含由多个纳米结构化材料制成或含有多个纳米结构化材料的元件以及与该元件相连的膨胀型材料，该元件例如非织造片、织造片、纱线或浆状网络。该元件在一些方面可以配置成充当用于容纳并将膨胀型材料保持就位、以及用于从热源传导掉热能以避免由于局部热点所导致的降解或损坏的支架。该膨胀型材料在一些方面可以配置成在热源的存在下反应以形成用于使元件(和任何下面的待保护结构)与热源隔热的泡沫。

该纳米结构化材料和该膨胀型材料之间独特的协同作用提供了比仅通过其各部分所提供的更大的高效热保护和防火。形成该元件的多个纳米结构可以在纳米尺度上促进具有优异隔离和结构性能的泡沫形态。此外，该元件和该膨胀型材料可以用于保护彼此免受热，由此改进热保护材料的整体效力和寿命。

在一些实施方案中，该多个纳米结构化材料可以涂覆有用于保护纳米结构化材料免于在热源的存在下氧化的陶瓷化聚合物材料和/或阻燃剂。此外，该膨胀型材料可以与发泡剂组合，发泡剂热分解以产生促进泡沫形成的气体。

非织造片元件的各种实施方案可以具有多个混合且压实的纳米管的层。位于相邻层之间的纳米管中的一些可以彼此混合，以使得存在足够数目的接触位置以将相邻层粘结在一起从而形成具有类似于费罗面团(phyllo-dough)的层状结构的粘结片。这样的非织造片元件可以配置成提供平面内热传导以用于从热源横向消散掉热同时使穿过平面的热传导最小化。在一种实施方案中，非织造元件可以具有约20g/m²至约30g/m²的纳米管面密度。

纱线元件的各种实施方案可以由多个混合且加捻的碳纳米管来限定。纱线元件可以配置成沿其长度提供热传导，并且提供支架结构以用于在膨胀型材料在热的存在下反应时促进形成隔热泡沫层。在一种实施方案中，纱线元件可以具有约1Tex至约100Tex的纳米管线密度。

织造元件的各种实施方案可以由多个彼此织造、编织或针织的纳米结构纱线来限定。织造元件可以配置成沿由多个纳米结构纱线所限定的路径提供平面内热传导。

浆状网络的各种实施方案可以通过将纳米结构化材料、膨胀型材料和溶剂的溶液涂覆或喷涂到基底上来形成。在一些实施方案中，该溶液可以具有约3000厘泊至约6000厘泊且在一些情况中小于约1000厘泊的粘度。该纳米结构化材料可以在该溶液干燥时在基底上形成网络，这提供用于容纳并保持膨胀型材料的支架，并且沿基底表面提供用于从热点消散掉热的传导路径。

附图说明

图1A-1C描绘了根据本公开内容的各种实施方案的用于热保护的膨胀型纳米结构化材料的示意图，该膨胀型纳米结构化材料分别包括非织造元件、纱线元件和非织造元件；

图2描绘了根据本公开内容的一种实施方案的涂覆于金属丝上用于热保护的膨胀型纳米结构化材料；