一种纤维增强复合材料防火垫及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及耐高温材料领域，更具体地，涉及一种纤维增强复合材料防火垫及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，新能源汽车产业得到了巨大的发展，与此同时，电池的安全性问题也吸引了越来越多的注意力。除了碰撞等因素带来的危险，随着车载锂电池的容量越来越大，电机功率也越来越大，快速充放电带来的电池系统热负载越来越高。锂、钠电池的化学特性决定了其一但发生热失效，就会放出火焰和射流，破坏车体材料，进而危及乘客的生命安全。
3.目前对于锂电池的热失效防护，仅限于对火焰和射流的防护。因此在材料选择上，最经常使用的是云母片和云母板为基础的隔热材料。云母材料的缺点主要是耐温上限低、密度较大、不易固定、不易弯折加工，在电池模组的防护需要进行组装，打孔和切割等操作都会大大降低云母材料的耐火性能的完整性，增加了工艺复杂性和失效可能。而且，云母材料本身的特性也决定了其最高耐温低于1200℃。
4.相比之下，复合材料防火垫具有较好的可弯折性能，易于在复杂的电池模组表面施工。然而市面上常见的防火垫因为材料体系和工艺的限制，很难承受超过1000℃的温度。
5.对于当前的新能源电池系统来说，热失控情况下的高温防护目标已经提高到防护1400℃
‑
1500℃的高温射流，超出了现有材料和技术的防护能力。
6.因此，如何提供一种耐高温和耐烧蚀性能佳的复合材料防火垫成为本领域亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的是提供一种耐高温和耐烧蚀性能佳的纤维增强复合材料防火垫的新技术方案。
8.根据本发明的第一方面，提供了一种纤维增强复合材料防火垫。
9.该纤维增强复合材料防火垫包括阻燃防热层和纤维强化层；其中，
10.所述阻燃防热层按重量份计包括：
[0011][0012]
所述纤维强化层为陶瓷纤维。
[0013]
可选的，所述阻燃防热层和所述纤维强化层的厚度比为(0.5
‑
5.0):(0.1
‑
1.5)。
[0014]
可选的，所述耐高温硅树脂为甲基硅树脂、甲基苯基硅树脂和酚醛改性硅树脂中的至少一种。
[0015]
可选的，所述阻燃防热层按重量份计包括：
[0016][0017][0018]
可选的，所述纤维强化层为玻璃纤维、氧化铝纤维、岩棉纤维和碳化硅纤维中的一种。
[0019]
可选的，所述纤维增强复合材料防火垫的表层为所述阻燃防热层或所述纤维强化层，且所述纤维增强复合材料防火垫的相邻层的类型不相同。
[0020]
可选的，所述纤维增强复合材料防火垫由三层所述阻燃防热层和两层所述纤维强化层构成。
[0021]
根据本发明的第二方面，提供了一种本公开所述的纤维增强复合材料防火垫的制
备方法。
[0022]
该纤维增强复合材料防火垫的制备方法包括如下步骤：
[0023]
在纤维强化层上涂敷阻燃防热层；
[0024]
采用热压成型工艺对阻燃防热层和纤维强化层进行热压处理，即得到纤维增强复合材料防火垫，其中，热压温度为100
‑
280℃，压力为0.1
‑
1.5mpa，热压时间为15
‑
120s。
[0025]
可选的，在热压处理前还包括：
[0026]
在纤维强化层或阻燃防热层上涂敷或贴敷不同类型的层；
[0027]
重复在纤维强化层或阻燃防热层上涂敷或贴敷不同类型的层预定次数后，得到表层为阻燃防热层或纤维强化层的多层结构。
[0028]
根据本发明的第三方面，提供了一种本公开所述的纤维增强复合材料防火垫在电池模组的防火隔热中的应用。
[0029]
本发明的纤维增强复合材料防火垫的阻燃防热层被设计用来面向高温热源，纤维强化层用来提供机械强度强化，最高耐温能力可以达到1600℃，使得防火垫的耐温和安全性能大幅度改善。
[0030]
该纤维增强复合材料防火垫的阻燃防热层可500℃以上高温发生陶瓷化反应并与纤维强化层牢固结合，提高防火垫的耐高温能力。而且，纤维强化层可以提高阻燃防火层的耐射流冲击性能，从而使用所述防火垫可以承受1400℃
‑
1600℃的高温火焰并在30分钟内不被烧穿。
[0031]
本发明的纤维增强复合材料防火垫应用于新能源电池领域具有良好的防护作用，可有效解决现有技术防护材料存在的问题。
具体实施方式
[0032]
现在将详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0033]
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0034]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0035]
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0036]
本公开提供的纤维增强复合材料防火垫包括阻燃防热层和纤维强化层。
[0037]
阻燃防热层按重量份计包括：
[0038][0039]
纤维强化层为陶瓷纤维。陶瓷纤维可为使用溶胶
‑
凝胶方法配合静电纺丝制备的混合氧化物陶瓷纤维，其成分可包括玻璃、氧化硼、yag、锆酸镧、氧化铝等。
[0040]
为了提供更可靠地热防护性能，阻燃防热层和纤维强化层的厚度比可为(0.5
‑
5.0):(0.1
‑
1.5)。
[0041]
耐高温硅树脂可为甲基硅树脂、甲基苯基硅树脂和酚醛改性硅树脂中的至少一种。
[0042]
为了提供更可靠地热防护性能，阻燃防热层按重量份计包括：
[0043][0044]
纤维强化层可为玻璃纤维、氧化铝纤维、岩棉纤维和碳化硅纤维中的一种。具体实施时，通常仅选择一种陶瓷纤维为纤维强化层的材料，以便于加工处理。
[0045]
为了需求的厚度及热防护性能定制防火垫，纤维增强复合材料防火垫的表层为阻燃防热层或纤维强化层，且纤维增强复合材料防火垫的相邻层的类型不相同。例如，与阻燃防热层相邻的层应当为纤维强化层，与纤维强化层相邻的层应当为阻燃防热层。
[0046]
进一步的，纤维增强复合材料防火垫由三层阻燃防热层和两层纤维强化层构成。
[0047]
本公开提供的纤维增强复合材料防火垫的制备方法包括如下步骤：
[0048]
在纤维强化层上涂敷阻燃防热层。这样的操作次序有利于保证复合强度及热防护效果。
[0049]
采用热压成型工艺对阻燃防热层和纤维强化层进行热压处理，即得到纤维增强复合材料防火垫，其中，热压温度为100
‑
280℃，压力为0.1
‑
1.5mpa，热压时间为15
‑
120s。
[0050]
在热压处理前还可包括：
[0051]
在纤维强化层或阻燃防热层上涂敷或贴敷不同类型的层。通常，在纤维强化层上采用涂敷的方式负载阻燃防热层，在阻燃防热层上采用贴敷的方式负载纤维强化层。
[0052]
重复在纤维强化层或阻燃防热层上涂敷或贴敷不同类型的层预定次数后，得到表层为阻燃防热层或纤维强化层的多层结构。
[0053]
本公开还提供了纤维增强复合材料防火垫在电池模组的防火隔热中的应用。
[0054]
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的材料和试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到，实验中使用的设备如无特殊说明，均为本领域技术人员熟知的设备。
[0055]
实施例1
[0056]
实施例1中的纤维增强复合防火垫由一层阻燃防热层和一层强化纤维层构成，其中阻燃防热层的成分如下：
[0057][0058]
将上述成分混合搅拌均匀，用二甲苯和天拿水的混合溶剂稀释至粘度用涂
‑
4粘度杯测量的结果为15
‑
25秒，得到混合液。然后用滚筒式涂胶机将上述混合液滚涂至克重290的玻璃纤维布上。涂好胶液的纤维布经过对辊压实，对辊间隙为1.05毫米。经过对辊后的物料直接通过中心温度为130
‑
145℃的烘道进行无压固化，得到厚度为1.01
‑
1.03毫米厚的纤维增强复合防火垫产品。
[0059]
该产品作为云母片的耐温强化表面，可以将整体材料的30min耐温能力提高到1350℃。
[0060]
实施例2
[0061]
实施例2中的纤维增强复合防火垫由阻燃防热层和强化纤维层构成，其中阻燃防
热层的成分如下：
[0062][0063]
将上述成分混合搅拌均匀，用甲苯和甲醇的混合溶剂稀释至粘度用涂
‑
4粘度杯测量的结果为15
‑
25秒。然后用滚筒式涂胶机将上述混合液滚涂至克重290的玻璃纤维布上。涂好胶液的纤维布经过对辊压实，对辊间隙为1.92毫米。经过对辊后的物料直接通过中心温度175
‑
185℃的烘道进行无压固化，得到厚度为1.88
‑
1.91毫米厚的纤维增强复合防火垫产品。
[0064]
该类型防火垫可经受1450℃以上的氧化火焰连续冲击30min不出现烧穿和破坏。
[0065]
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。