一种耐受极端高温并抗强冲击的隔热罩及其制作方法与流程

1.本发明属于热管理领域，具体涉及一种耐受高热通量火灾及强冲击作用，而能维持内部存储器件或电气产品安全存储与工作的隔热罩及其制作方法。


背景技术：

2.电子产品属热敏感器件，环境温度升高直接导致器件温度升高。而所有的电子元器件都有着一定的正常工作或存储的温度范围，一旦超过其能承受的温度极限，将直接导致其状态改变、损毁，甚至自身燃烧。因此，电子产品的热防护显得尤为重要。
3.而针对某些大功率或热敏感电子产品的热防护即便是在日常工作环境，也是极具难度的，长期困扰着国内外的相关专家学者。
4.国内针对极端情况（如地面火灾、爆炸或飞机坠毁）的特殊需保护电子产品的热防护一直少有研究，以往在必须使用情况下长期依赖国外进口。
5.而现有的相关研究，主要采用醇蜡或脂蜡基相变材料直接包裹在电子产品外侧，这种方式在一定程度上起到了高温热防护的作用。但是，该方式的弊端也是很明显的，一来，醇蜡或脂蜡基相变材料的相变点温度较低，极易流动，会造成发热器件在日常工作环境下已经开始相态转变，并改变初始包裹状态，导致发热器件的日常维护、维修困难；二来，醇蜡或脂蜡基相变材料的相变潜热和热容不是太高，在极端高温情况下的耐受时间较短，一旦全部材料发生相态转变，材料升温极快。
6.因此，一款相变温度相对较高（低于电子产品耐受高温，但高于日常工作温度范围）、状态稳定不流动、耐受高热时间长，并兼具抗强冲击（针对爆炸过程）的电子产品隔热罩便显现出无与伦比的优势。该耐受极端高温的隔热罩可应用于飞行记录器/铁路记录器防护、激光防护罩防护、热脉冲防护罩防护、导弹外壳热防护、赛车热防护、核反应堆防护、枪支/弹药箱防护及电池等易爆设备的紧急热防护系统。


技术实现要素：

7.发明目的为了解决背景技术中所提出的技术要求，本发明提出了一款能够耐受外界热通量大于2500kw/m2的1100℃火焰烧蚀1小时，内腔隔热层中心温度不超过200℃，并且隔热层材料状态稳定不流动，且兼具耐受3000g强冲击的电子产品隔热罩及其制作方法。
8.技术方案请参考附图1，该图示显示本技术实施例提供的隔热罩的原理结构示意图。本发明关于隔热罩的加工制造实施步骤是：1] 外壳体由外壳腔体2与外壳体上盖1组成，选用铸造一体成型的高强度特种钢或钛合金，时效处理后，进行辅助的精密机械加工而成；2] 外腔隔热材料由外腔隔热腔体3与外腔隔热上盖4组成，选用纳米级颗粒材料混合物在加热条件下模压成型；
3] 内壳体由内壳腔体5与内壳体上盖9选择高模量、高热容量的钛合金、不锈钢或耐火纤维材料精密机械加工成型，允许一些小型隔热罩不含内壳体5与内壳体上盖9；4] 内腔隔热材料6可以选择与外腔隔热材料相同的材料或是选用醇基、酯基的相变材料；5] 内腔隔热腔体需要先预置带存储器8的pcb板7之后，再进行相变材料的填充；上述耐受极端高温的隔热罩主体由外壳腔体2及其上盖1、外腔隔热腔体3及其上盖4、内壳腔体5及其上盖9与内腔隔热材料6组成。
9.外腔隔热腔体3与外腔隔热上盖4选用的纳米级粉体材料混合物由以下成分构成：1] 15%~85%重量分数的无机颗粒材料及定形的相变材料。无机颗粒材料选自改性膨胀珍珠岩、空心玻化微珠、埃洛石纳米管、白炭黑的两种或多种的组合。定形相变材料的框架结构选择无机材料，优选为溶胶凝胶法制得的二氧化硅，相变材料选自乙二醇、水和乙二醇的组合、甘油、甘油和水的组合、甘油-乙二醇-水的组合、硬脂酸、甲醇和二甲基甲酰胺的组合；2] 10%~55%重量分数的吸热氧化物，选自水合碳酸镁、三水合氧化铝、氢氧化锂、十水合碳酸钠、三聚氰胺的一种或多种组合；3] 3%~5%重量分数的遮光剂，选自石英粉、金红石或钛铁矿的一种或多种；4] 3%~20%重量分数的无机纤维，选自羊毛、矿棉纤维、无定型纤维、耐火纤维、石英纤维和玻璃纤维的一种或组合；5] 2%~60%重量分数的混合树脂粘合剂，选自改性阿拉伯树胶粉、乳胶粉、羟甲基纤维素、水玻璃、聚丙烯酰胺、水溶性酚醛树脂的两种或多种的组合。
10.外腔隔热粉体需要经搅拌机高速搅拌使混合均匀，之后，置于恒温箱中，内部鼓入氨气，持续1小时。之后将粉体放入模具内，模具持续加热，保持温度维持在80℃左右，并通过压力机施加不小于5mpa的压力，压力保持不小于1小时。
11.有益效果1）隔热罩受外界热通量大于2500kw/m2的1100℃火焰烧蚀1小时，内腔隔热层中心温度不超过180℃；2）隔热罩外腔隔热材料在模压前通入氨气，有效控制了脱模后，隔热材料的体积膨胀；3）隔热罩外腔隔热材料采用加热条件下的模压成型，有助于树脂粘合剂的固化，增加了隔热罩外腔的结构强度。
12.本发明相比现有技术的优点1）外腔隔热材料密度低（《0.7g/cm3）,有助于隔热罩整体的重量控制；2）外腔隔热材料导热率低（《0.02g/cm3），有助于增加内外腔体避免的传热热阻，更好地阻碍外部热量向内传递；3）外腔隔热材料的相变潜热大（》850j/g），有助于吸收更多热量，相较于现有方案，可以在极端高温耐受更长时间（大于1小时，甚至高达2小时）；4）内腔隔热材料的可以包含多种相变材料，实现阶梯相变，有助于温度的缓慢增加，使低温段可以维系更长时间。
附图说明
13.图1是本发明所提供的隔热罩的原理结构示意图；附图明细如下：1
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外壳体上盖；2-外壳腔体；3-外腔隔热腔体；4-外腔隔热上盖；5-内壳腔体；6-内腔隔热材料；7-pcb板；8-存储器；9-内壳体上盖。
具体实施方式
14.1） 外壳体本发明中的隔热罩外壳体选用特种钢或钛合金，先铸造一体成型保证强度，再精加保证结构精度。外壳体的抗拉强度不低于1300mpa，冲击韧性不低于130j/cm2。
15.2）外腔隔热材料本发明中的隔热罩外腔隔热材料为颗粒物混合材料热压成型而成，制备步骤如下实施例描述，实施例用于说明本发明，但不是对本发明的限制。
16.实施例1将20g硬脂酸与1.3g十二烷甲基硫酸钠混合，加入160ml的去离子水中，80℃下磁力搅拌1小时使混合均匀，形成a溶液。再将12ml的mtms（甲基三甲氧硅烷）与12ml的teos正硅酸乙酯加入适量无水乙醇混合，之后加入稀盐酸条件ph，使溶液ph在2~3之间，并在80℃下以400rpm的转速磁力搅拌30min，形成b溶液。将a溶液逐滴加入b溶液中，并在80℃下以400rpm的转速磁力搅拌2小时。之后，将混合液进行超声波振荡30min，过滤干燥，得到白色的相变定形材料；将得到的相变定形材料、膨胀珍珠岩、埃洛石纳米管以7:2:1的比例混合均匀，得到包含定形相变材料的无机颗粒物；将阿拉伯树胶、羟甲基纤维素与水溶性的酚醛树脂进行1:1:1的比例混合均匀，形成混合树脂粘合剂；再将63%质量分数的定形相变材料的无机颗粒物、22%质量分数的三水合氧化铝、4%质量分数的硅酮粉末、7%质量分数的玻璃纤维棉与4%质量分数的混合树脂粘合剂混合均匀，形成颗粒物混合材料；将形成的颗粒物混合材料放入模具中，以5mpa的压力，在90℃的条件下模压一小时。
17.实施例2将teos（正硅酸乙酯）与纯净水以2:3的摩尔比混合，在30℃下以400rpm的转速磁力搅拌30min。之后，加入稀盐酸条件ph，使溶液ph在2~3之间。之后依次加入适量ctab（十六烷基三甲基溴化铵）、去离子水和无水乙醇。并以13000rpm转速下搅拌10min。之后，加入适量25wt%的氨水，待反应10小时后，取出进行过滤，经冷冻干燥后得白色相变定形材料；将得到的相变定性材料与二氧化硅气凝胶进行以2:1的比例混合均匀，得到包含定形相变材料的无机颗粒物；将阿拉伯树胶、羟甲基纤维素与水溶性的酚醛树脂进行1:1:2的比例混合均匀，形成混合树脂粘合剂；再将59%质量分数的定形相变材料的无机颗粒物、24%质量分数的三水合氧化铝、4%质量分数的硅酮粉末、7%质量分数的玻璃纤维棉与6%质量分数的混合树脂粘合剂混合均匀，形成颗粒物混合材料；将形成的颗粒物混合材料放入模具中，以5mpa的压力，在80℃的条件下模压一小时。
18.3）内腔隔热材料内腔隔热材料可以选择与外腔隔热材料相同材质的材料，或者是其他醇类或酯类的相变定形材料，该材料应满足高熔点、高闪点，相变温度一般不高于180℃。