用于电动车辆电池应用的阻燃材料的制作方法

用于电动车辆电池应用的阻燃材料
1.发明背景
技术领域
2.本发明涉及电动车辆电池模块，并且具体地涉及用于管理电池模块热失控事故的防火屏障制品。所提供的制品在例如汽车和固定式储能应用中尤其有用。


背景技术：

3.如今，电池支持的混合动力车辆或完全电驱动的车辆的市场和支持技术迅速扩展。可再充电电池(包括镍金属氢化物或锂离子电池)用于储存能量并且在电动车辆和混合动力电动车辆中提供电力。在再充电过程中流入电池或从电池流出进入车辆及其附件的电流产生热量。在规定范围的界限之外的操作可能损坏电池内的单元或加速单元的劣化。
4.电动车辆电池由若干电池模块组成，并且每个电池模块包含许多互连的单个电池单元。当电池模块中的一个单元在其操作中损坏或出现故障时，该单元中的温度增加的速度可能比能够从模块去除热量的速度更快。如果这种温度积聚继续不加制止，可能会发生称为热失控的灾难性现象，从而导致该单元着火。所产生的火可以非常快速地扩散到邻近的单元，并且然后在整个电池中以链式反应扩散到单元。这些火灾有可能是大规模的，并且可以扩散到车辆的周围结构并危及车辆乘员或这些电池所在的其它结构。
5.当在单元中发生热失控时，希望的是热管理系统阻挡或吸收热量并且防止相邻的单元或模块过热和它们自身进入热失控。热失控事件带来的严重风险需要电池模块被设计为具有隔热防火屏障，以减轻热失控事件的影响，并且为乘员提供在火灾的情况下安全地撤出车辆的时间。
6.电池仓、模块和单元可以具有复杂的几何形状，这需要三维火焰屏障解决方案。常规的火焰屏障材料通常以二维片或板形式提供。典型的火焰屏障解决方案可能需要使用多个单独的材料片来提供三维火焰屏障解决方案，尤其是在更刚性的材料如云母板材料的情况下。一些二维材料可以被划刻、折叠和/或起折痕以形成准三维形状。然而，该三维火焰屏障解决方案的阻燃性可能会在靠近折痕、刻痕和折叠或两个邻接材料片之间的结合部的区域中减弱。


技术实现要素：

7.在本发明的一个方面，描述三维火焰屏障。三维火焰屏障包含阻燃材料，其中阻燃屏障具有由高度、宽度和长度限定的复杂几何结构，其中复杂几何结构的高度基本上大于形成其的阻燃材料的厚度，其中阻燃材料包括无机纤维、无机粒子和无机粘结剂。在一些实施方案中，火焰屏障制品可进一步包含设置在阻燃材料的第一主表面上的防火涂料。
附图说明
8.图1是常规三维火焰屏障解决方案的示意性横截面表示。
9.图2是根据本发明的一个方面的三维火焰屏障解决方案的示意性横截面表示。
10.图3示出了根据本发明的一个方面的三维模制阻燃屏障解决方案。
11.图4示出了根据本发明的一个方面的另一种三维模制阻燃屏障解决方案。
12.图5示出了根据本发明的一个方面的设置在电池仓的盖子上的三维模制阻燃屏障解决方案的一部分。
13.图6示出了根据本发明的一个方面的第三种三维模制阻燃屏障解决方案。
14.图7示出了根据本发明的一个方面的第四种三维模制阻燃屏障解决方案。
15.图8示出了根据本发明的一个方面的第五种三维模制阻燃屏障解决方案。
16.图9示出了根据本发明的一个方面的第六种三维模制阻燃屏障解决方案。
具体实施方式
17.在以下具体实施方式中，参考了形成本文的一部分的附图，并且在附图中以举例说明的方式示出了其中可实践本发明的具体实施方案。就这一点而言，定向术语，例如，“顶部”、“底部”、“前”、“后”和“向前”等，应结合图示所描述的取向使用。因为本发明的实施方案的部件可定位成多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，并且绝不是限制性的。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，其它实施方案可利用，可进行结构性或逻辑性的改变。因此，不能认为以下的详细描述具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
18.如本文所用，“复杂几何结构”是指具有由一个或多个二维区段和一个或多个三维区段组成的多个区段的三维结构。三维结构可以通过三维结构的长度、宽度和深度以及结构的厚度来表征。在本发明的一些实施方案中，本文所述的示例性制品的三维结构可以在整个结构上具有大致均匀的厚度，使得火焰屏障材料在结构t
xyz
中的任何点处的厚度在火焰屏障材料的平均材料厚度 /-30％的范围内。在一些实施方案中，本文所述的三维成型的火焰屏障中的火焰屏障材料的平均厚度可以在0.1mm和10mm之间，优选地在0.2mm和5mm之间。在一些实施方案中，通过弯曲和折叠二维片，将二维火焰屏障材料片成形为自支撑三维形状，而不会在火焰屏障材料中产生永久性折痕或折叠，由此可形成复杂几何结构。在其它实施方案中，三维成型的火焰屏障的复杂几何结构可以包含火焰屏障材料的厚度已被有意增加的区域或范围，诸如在应力可能集中或热量可能更强的区域(诸如在凸起区域中、在两个非共面邻接区段之间的转角或边缘处)中。当厚度已被有意增加或减小时，区段之间的厚度差可以大于30％。
19.如本文所用，“自支撑”是指能够在没有补充支撑件的情况下维持其形状的三维结构。
20.在热失控事件期间对与突发火灾相关联的危险的防护是重要的技术挑战，尤其是在处理电池仓模块中或单元之间的复杂几何形状时。尝试创建通用解决方案难以实现，因为对电池火灾的一个特性的防护可能导致其它类型的问题。
21.例如，图1是常规三维热屏障解决方案10的示意性横截面表示，其示出了为完全保护具有复杂几何结构的电池仓组件15而可能需要的多个二维火焰屏障片17a至17d(统称为屏障片17)的样子。即使使用若干片，电池仓组件与屏障片17之间仍可能存在空气间隙19。一般来讲，电池仓被设计成通常不允许有空气间隙的精密规格，因此不与电池仓的内部表
面适形的火焰屏障材料在一些应用中不可使用。在电池仓组件的壁与火焰屏障之间存在空气间隙可使空气在热失控事件期间通过间隙循环，从而导致过早穿透热屏障，从而减弱热屏障的有效性。热屏障的过早失效或分层可能是由于热屏障通过正常使用(即由于振动；热失配；电池仓中的单元、模块或其它组件的移动等)接触到电池仓组件壁处的空气间隙周围的点处的应力集中。另外，可能需要粘合剂或胶带(未示出)将每个屏障片安装到电池仓组件的内表面16。如前所述，三维火焰屏障解决方案的阻燃性可能在两个邻接材料片之间的结合部附近或这些结合部处的区域中减弱。
22.最近，已经探索了具有更大程度柔韧性的热屏障材料以改善对电池仓几何形状的适形能力，如pct公布号wo 2020/023357中所述。然而，这些材料仍然作为二维材料片生产和提供。
23.相比之下，本发明提供了三维成型的火焰屏障100，如图2中示意性地示出。在此示例性解决方案中，火焰屏障材料110已经被模制，使得火焰屏障材料110基本上适形于电池仓组件15的内表面16。在一个示例性方面，火焰屏障材料110可以直接形成/模制到电池仓组件15的表面16上。在另一方面，火焰屏障材料110可以在单独的操作中模制并且在电池组的装配期间接合到电池仓组件。
24.在一些示例性实施方案中，火焰屏障材料110可以是具有与pct公布号wo 2020/023357中所述的那些组分类似的组分的电绝缘材料，其全文并入本文。火焰屏障材料110可以是热绝缘和电绝缘的，并且呈无机绝缘纸或板的形式。可将多个片材(即，无机纸层的层片或子层)湿层合和压制，以得到热绝缘和电绝缘的无机板材或多层纸材。术语“纸”是指具有足够柔韧性以便围绕3英寸芯轴弯曲的柔性单层或多层材料。术语“板”是指可挠曲但不能包在芯轴上的相对刚性的材料。术语“三维成型的火焰屏障”是指与其所应用的电池仓组件基本上形式匹配的半刚性、非平面模制的火焰屏障材料。
25.示例性阻燃材料可以具有小于云母的密度。在一些实施方案中，示例性阻燃材料可以具有小于1.5g/cm3的密度。
26.具体地，示例性三维成型的火焰屏障包含阻燃材料，其中阻燃屏障具有由高度h、宽度和长度限定的复杂几何结构，其中复杂几何结构的高度基本上大于如图2所示形成其的阻燃材料的厚度t。
27.火焰屏障材料110包含无机纤维和无机粒子的组合，这些无机粒子根据绝缘材料的厚度和柔韧性可被称为无机纸或板。阻燃基底层110主要由无机材料(即无机纤维和填料)组成。在示例性实施方案中，火焰屏障材料110包含至少95％的无机材料。在示例性实施方案中，火焰屏障材料110包含至少96％的无机材料。与大多数常规绝缘纸相比，示例性阻燃基底层的高度无机性质增强了这些材料的阻燃性。
28.在一些实施方案中，火焰屏障材料110包含无机纤维、无机粒子和无机粘结剂。示例性无机纤维可以选自玻璃纤维组，例如(e-玻璃纤维、s-玻璃纤维、r-玻璃纤维、ecr-玻璃纤维等)、玄武岩纤维、陶瓷纤维、多晶纤维、硅酸盐纤维、氧化铝纤维、二氧化硅纤维、碳纤维、碳化硅纤维、硅酸硼纤维或它们的组合。更具体地，纤维材料可包括退火的熔化形成的陶瓷纤维、溶胶-凝胶形成的陶瓷纤维、多晶陶瓷纤维、氧化铝-二氧化硅纤维、玻璃纤维(包括退火的玻璃纤维或非生物持久性纤维)。如果其它纤维能够承受在锂离子电池的热事件中产生的高温，则这些纤维也是可能的。
29.示例性火焰屏障材料可包含玻璃纤维和微玻璃纤维的组合。这些纤维互锁在一起以形成无机填料的结构支撑。火焰屏障材料的玻璃纤维含量将为约3重量％至25重量％，其中玻璃短纤维与微玻璃纤维的比为5:1至1:3。
30.玻璃纤维的直径可能会影响纸的加工，以及所得火焰屏障材料的最终性能。示例性玻璃短纤维直径为12微米或更小，但可掺入少量较大直径的纤维。较小直径的玻璃纤维具有比等效量的较大直径的纤维更大的表面积，从而能够截留更大量的颗粒填料材料。本发明中使用的微玻璃纤维通常具有小于5微米的直径。玻璃纤维和玻璃微纤维的工作直径范围为约0.1微米至约12微米。
31.选择玻璃纤维的长度以获得玻璃纤维在用于制备示例性火焰屏障材料的浆液中的均匀分散。需注意，如果玻璃纤维太短，则纤维之间可能不存在足够的互锁，并且所得材料的强度可能会减弱。如果玻璃纤维太长，则可能难以获得所需的均匀分散。因此，玻璃纤维应具有小于0.5英寸(12,700微米)，并且更优选约0.25英寸(6350微米)并且大于0.125英寸(3175微米)的平均长度。
32.玻璃纤维还可通过长径(l/d)比来进一步识别。示例性火焰屏障材料中使用的玻璃短纤维的示例性l/d比在3000:1和200:1之间，优选为约1000:1。
33.在本发明的至少一个实施方案中，非织造火焰屏障材料还包含一种或多种无机颗粒填料。合适的无机颗粒填料包括但不限于玻璃泡、高岭土、滑石、云母、碳酸钙、三水合氧化铝、蒙脱石、绿土、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩以及它们的组合。合适类型的高岭土包括但不限于水洗高岭土；分层高岭土；煅烧高岭土；和经表面处理的高岭土。
34.火焰屏障材料的颗粒无机填料含量将为约65重量％至87重量％。本发明的示例性火焰屏障材料包含颗粒无机填料的混合物。例如，示例性火焰屏障材料包含基于示例性火焰屏障材料的总重量的介于约20重量％至65重量％之间的高岭土、约25重量％至55重量％的云母和约0重量％至15重量％的玻璃泡。
35.示例性火焰屏障材料还包含5重量％至20重量％，优选5重量％至15重量％的无机粘结剂。无机粘结剂可选自硅酸钠、硅酸钾或它们的组合。
36.在一些实施方案中，示例性火焰屏障材料还可以进一步包含0重量％至5重量％的聚合物纤维，优选1重量％至5重量％的聚合物纤维。示例性聚合物纤维应为阻燃剂。合适的聚合物纤维包括丙烯酸纤维、间芳族聚酰胺纤维、对芳族聚酰胺纤维、芳族聚酰胺沉析纤维、含氟聚合物纤维、氧化聚丙烯腈材料等。在示例性方面，聚合物纤维具有2旦尼尔
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6mm的尺寸。在一些实施方案中，聚合物纤维是间芳族聚酰胺纤维。即使少量添加聚合物纤维也已经被发现可改善示例性火焰屏障材料的可加工性、模制性能和伸长特性。
37.还可掺入本领域技术人员已知的附加材料，诸如消泡剂、表面活性剂、成形助剂、ph调节材料等。
38.示例性三维成型的火焰屏障可以通过改进的造纸工艺或通过改进的纸浆模制工艺来制作。在一些方面，改进的纸浆模制工艺可以是真空辅助模制工艺，而在其它方面，模制材料可以在没有真空的情况下脱水。
39.常规纸浆模制工艺用于制造基于纤维素的包装产品和食物相关的载体。纸浆模制通常涉及将纤维素基纸成分与水混合以形成浆液，以网格形式形成三维制品，使用真空使
浆料脱水以去除一部分水，任选地在模具中压制预成形的部件以将纤维性纸材料压缩到一起，以及将该部件或该压缩部件在模具中或烘箱中干燥。
40.在替代的纸浆模制工艺中，纸成形材料的浆液分散在水中。将浆液引入模具的第一区段中。该模具的对应第二区段在第一区段上封闭，其中模具的第一区段和第二区段中的至少一个包括水分出口通道，以允许水分在浆液的脱水期间逸出。模具的区段在压力下固定在一起并将其加热以便于脱水。在已经去除大部分水之后，从模具中去除3d制品。在一些情况下，可能需要将模制品放置在烘箱中以完成干燥过程。
41.任一纸浆模制工艺的一个优点是，它们可以允许产生具有定制厚度轮廓的三维成型的火焰屏障制品，从而允许在关键区域中形成较大厚度的火焰屏障材料，该区域可以在部件的使用寿命内在热失控事件或其它事件期间经受过量应力、热量或弹片(shrapnel)。
42.改进的纸制造工艺使用标准纸制造设备来制造二维的火焰屏障前体材料片。火焰屏障前体材料遵循标准工艺经历脱水步骤，然后将其转移到三维形式上并且在压力和或升高的温度下模制，然后在模具中或烘箱中干燥。
43.在模制之后，示例性三维成型的火焰屏障保持它们的三维形状。
44.在本发明的一个方面，提供了三维成型的火焰屏障，其包含具有第一主表面和第二主表面的成形火焰屏障材料，以及设置在该火焰屏障材料的第一主表面的大部分上的防火涂料。
45.防火涂料层可以通过施加通过喷涂、涂刷等施用的示例性涂料组合物来形成。本发明的示例性涂料组合物包含无机粘结剂和至少一种无机填料。示例性涂料组合物可以是溶剂基涂料或水基涂料，优选水基涂料组合物。示例性涂料组合物描述于共同转让的提交于2019年12月2日的美国临时申请号62/942,279“用于电动车辆电池应用的阻燃材料(flame resistant materials for electric vehicle battery applications)”中，其全文并入本文。
46.示例性无机粘结剂包括硅酸钠、硅酸钾或它们的组合。在一些实施方案中，无机粘结剂可以是具有式m2o(sio2)n·
h2o的聚硅酸盐，其中m选自li、na、k，优选k或na，并且n是介于1与15之间，优选3与9之间的整数。还优选的是聚硅酸盐用在溶剂(优选水)中。在其它实施方案中，无机粘结剂可以是na2sio3。示例性涂料组合物包含基于干燥涂料中的固体百分比的10重量％至80重量％的无机粘结剂，优选20重量％至60重量％的无机粘结剂。
47.涂料组合物中的颗粒无机填料含量将为基于干燥涂料中的固体百分比的约20重量％至90重量％，优选40重量％至80重量％。示例性无机填料包括但不限于高岭土、玻璃珠或玻璃泡、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母蒙脱石、绿土、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩以及它们的组合。合适类型的高岭土包括但不限于水洗高岭土；偏高岭土、分层高岭土；煅烧高岭土；和经表面处理的高岭土。
48.在一些实施方案中，可以将有机粘结剂材料添加到示例性涂料组合物中。示例性聚合物粘结剂包括(甲基)丙烯酸粘结剂、橡胶基粘结剂、苯乙烯丙烯酸粘结剂、苯乙烯丁二烯粘结剂、聚氨酯丙烯酸酯粘结剂、硅氧烷粘结剂、基于乙烯基聚合物的粘结剂、环氧化物粘结剂等。在示例性实施方案中，聚合物粘结剂可以作为水性聚合物分散体提供。
49.在一些实施方案中，可以将添加剂添加到示例性涂料组合物中。示例性添加剂包括消泡剂、表面活性剂、流变改性剂、成形助剂、ph调节材料等。示例性流变改性剂可以是有
机化合物，优选其中有机化合物选自多糖、蛋白质和聚乙烯醇，优选选自天然和改性的多糖，优选选自由以下项组成的列表的多糖：黄原胶、角叉菜胶、果胶、结冷胶、黄原胶、二脲、纤维素醚诸如羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素和羟乙基纤维素。
50.如前所述，防火涂料组合物可以施加到阻燃基底层的第一主表面以形成示例性三维成型的火焰屏障，其可以用作保护装置或体系，诸如热/火焰屏障。例如，示例性三维成型的火焰屏障可掺入到易燃储能装置(诸如锂离子电池单元、模块或组)中或包在该易燃储能装置上，诸如可存在于混合动力车辆或电动车辆或其它电力运输应用或位置中。在其它应用中，示例性三维成型的火焰屏障可以用作所述易燃储能装置的盖/包装内衬。
51.本发明的示例性三维成型的火焰屏障应防止热量从故障的单元或模块流到相邻的单元或模块或乘客室。例如，当在材料的一侧暴露于高温时，示例性三维成型的火焰屏障应提供跨材料的高热梯度或温度下降。在替代方案中，示例性三维成型的火焰屏障可以用作电动车辆电池组中的热屏障盖子，该热屏障盖子可以防止热量从电池组中流出或减少热量从电池组中流出的速率。
52.实施例
53.这些实施例仅为了进行示意性的说明，并非旨在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明，否则实施例以及说明书的余下部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。
54.测试方法
55.喷砂测试：
56.将样品在25℃或1000℃或1200℃的烘箱中预处理(pre-conditioned)10分钟以模拟热失控事件。
57.对于喷砂测试，使用可商购的喷砂机柜，诸如德国的powerplus工具有限责任公司(powerplus tools gmbh,germany)的专业喷砂桌面柜。将样品材料安装到具有100mm乘50mm尺寸的金属片样品夹持器。将具有80mm乘50mm尺寸的样品用遮蔽带固定在金属片的所有侧面上。机柜内部的夹具将样品保持在喷嘴前的限定位置中。使用压缩空气加速喷砂介质(211型玻璃珠，粒径70μm-110μm)抵靠样品表面，直到试样(即样品)已有直径为4 /-1mm的区域损坏，并记录测试的实耗时间。此外，通过将实耗曝光时间通过样品的厚度(thickness/caliper)归一化来计算归一化的耐磨值。示例性结果可见于表3至5。
58.材料
59.火焰屏障材料(fbm)的材料
60.ec6-6 e-玻璃短切原丝纤维(6mm长，6μm直径)，购自美国北卡罗来纳州夏洛特的劳萨纤维国际公司(lauscha fiber international corporation,charlotte,nc,usa)。
61.b-06-f微玻璃纤维(0.65μm直径，2.47m2/g表面积)，购自美国北卡罗来纳州夏洛特的劳萨纤维国际公司。
62.110x-481微玻璃纤维，购自美国俄亥俄州沃特维尔的佳斯迈威(johns manville,waterville,oh,usa)。
63.间芳族聚酰胺纤维(2旦尼尔，6mm长)，购自美国南卡罗来纳州希尔顿黑德的阿迈德hpm有限责任公司(aramid hpm,llc,hilton head,sc,usa)。
64.suzorite 200-hk金云母，购自加拿大魁北克省布谢维尔的英格瓷公司(imerys,
boucherville,quebec,ca)。
65.分层高岭土hydraprint，购自美国佐治亚州梅肯的卡明有限责任公司(kamin llc,macon,ga,usa)。
66.煅烧高岭土kamin 70c，购自美国佐治亚州梅肯的卡明有限责任公司。
67.高岭土kamin hg90，购自美国佐治亚州梅肯的卡明有限责任公司。
68.hts b214微晶蛭石分散体，购自美国南卡罗来纳州埃诺里的特种蛭石(specialty vermiculite,enoree,sc,usa)。
69.n-硅酸钠，购自美国宾夕法尼亚州福吉谷的pq公司(pq corporation,valley forge,pa,usa)。
70.k-硅酸钠，购自美国宾夕法尼亚州福吉谷的pq公司。
71.无机涂料组合物的材料
72.2130硅酸钾溶液(mr》3.2；30％固体)，购自德国的国有硅酸盐公司(national silicates,germany)。
73.硅酸钠溶液，特纯，购自德国的默克股份两合公司(merck kgaa,germany)。
74.s980s丙烯酸聚合物分散体(50％固体)，购自德国路德维希港的巴斯夫公司(basf,ludwigshafen,germany)。
75.bt黄原胶，购自美国佐治亚州亚特兰大的斯比凯可(cp kelco,atlanta,ga,usa)。
76.聚(乙烯醇)、95％水解、平均分子量95000，也购自瑞士的飞世尔科技股份有限公司(fisher scientific ag,switzerland)。
77.cellosize
tm qp100mh羟乙基纤维素，购自美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司(dow chemical company,midland,mi,usa)。
78.mvv偏高岭石，购自德国的登内特波沃尔有限责任公司(dennert poraver gmbh,germany)。
79.m72合成烧结莫来石，购自德国的耐铝(nabaltec,germany)。
80.金云母，购自德国的乔格鲁有限责任公司(georg.h.luh gmbh,germany)。
81.aspaga云母，购自德国的阿斯贝格鲍德矿业有限责任公司(aspager bergbau und mineralwerke,germany)。
82.通过2d成形工艺创建三维成型的火焰屏障
83.将3.5重量％的ec6-6 e-玻璃纤维(6mm长，6μm直径)、3.9重量％的间芳族聚酰胺纤维、1.6重量％的b-06-f微玻璃纤维(0.65μm直径，2.47m2/g)、28.0重量％的200-hk金云母、21.0重量％的煅烧高岭土kamin 70c的混合物在瓦林混碎机中预分散于水中以形成固体含量为约0.05重量％至1重量％的含水浆液，然后混合到具有33.0重量％的分层高岭土hydraprint和9.0重量％的n-硅酸钠的较大容器中。还可掺入本领域技术人员已知的附加材料，诸如消泡剂、表面活性剂、成形助剂、ph调节材料。通过造纸筛网和压机(威廉姆斯标准纸浆测试设备)完成脱水以形成阻燃材料前体片。将阻燃材料前体片施加到三维基底的表面上并干燥以产生三维模制阻燃屏障。
84.图3、图4、图6和图7示出了具有不同表面轮廓的四种三维模制阻燃屏障。
85.通过3d模制工艺创建三维成型的火焰屏障
86.制备包含3.5重量％ec6-6 e-玻璃纤维(6mm长，6μm直径)、3.9重量％间芳族聚酰胺纤维、1.6重量％b-06-f微玻璃纤维(0.65μm直径，2.47m2/g)、28.0重量％的200-hk金云母、21.0重量％的煅烧高岭土kamin和33.0重量％的分层高岭土hydraprint以及9.0重量％的在水中的n-硅酸钠的无机纸浆液，其中浆液的固体含量为约70％。
87.将模具预热至90℃并用蜡脱模剂处理。将浆料均匀地铺展在模具的第一区段中，并用模具的第二区段封闭。脱水在已加热到90℃的模具中进行25分钟，其中水/水蒸气通过水蒸气出口通道排出模具。脱水后，打开模具，并取出3d制品。图8示出了生产的三维成型的火焰屏障。
88.通过3d-真空辅助模制工艺创建三维成型的火焰屏障
89.制备包含12g来自佳斯迈威的玻璃微纤维(110x-481)的无机纸浆液，并且将30g kamin hg90粘土在瓦林混碎机中2l水中以high制浆60秒。在制浆之后，将浆液转移到混合碗中，并且添加62g的蛭石分散体微晶hts b214、10.7g来自pq公司的k硅酸钠和3l水。将浆料转移到约14"
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12"的矩形桶中。
90.三维制品在覆盖有不锈钢丝网并连接到真空吸尘器的穿孔3d模具(第一区段)上形成。丝网允许水通过，同时保持浆液的固体组分。施加真空几秒钟(约5秒)以在丝网上产生湿纸浆层。将薄的皱缩包裹塑料膜放置在湿纸浆层的顶部，并且再次施加真空以去除另外的水。将部件按压到模具的第二区段中以去除更多的水，并且使不与金属筛网接触的部件的表面平滑。将三维部件部分干燥，同时仍由在100℃的烘箱中的模具支撑。从模具中取出现在自支撑的部分干燥的三维部件，并在140℃下完成干燥。部件重量为13.7g。
91.涂料组合物
92.将粘结剂材料放置在混合容器中。将无机粒子研磨并筛分以产生平均粒度为10微米的粒子。将经筛分的粒子添加到粘结剂溶液中以产生均匀的涂料。
93.表1中提供了组合物信息并且表3和表4中提供了实施例1-实施例7的涂料的测试数据。表2中提供了实施例8-实施例12的组合物信息并且表5中提供了测试数据。
94.实施例5-实施例7
95.将粘结剂材料放置在混合容器中，并且添加流变改性剂并搅拌直到流变改性剂溶解。将无机粒子研磨并筛分以产生平均粒度为10微米的粒子。将经筛分的粒子添加到粘结剂溶液中以产生均匀的涂料。表1中提供了实施例5-实施例7的涂料的组合物信息。
96.表1.基于硅酸钾的无机涂料组合物(所有值均以干燥涂料中的固体百分比提供)
97.[0098][0099]
表2.附加无机涂料组合物(所有值均以干燥涂料中的固体百分比提供)
[0100]
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ex.1ex.8ex.9ex.10ex.11ex.12硅酸钾粘结剂42.942.842.8
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硅酸钠粘结剂
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42.942.842.8偏高岭石粒子57.128.628.657.128.628.6莫来石粒子
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金云母粒子 28.6
ꢀꢀ
28.6 aspaga云母粒子
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28.6
ꢀꢀ
28.6
[0101]
将示例性涂料组合物涂覆在上述阻燃纸(frp)的片或阻燃板(frb)上以用于耐火/弹片测试。使用的阻燃板(frb)是在国际申请号pct/us2019/042776中的实施例8-b中描述的阻燃板。未涂覆的阻燃纸frb或板用作对照样品。表1和2的示例性组合物的测试结果提供于表3-表5中。
[0102]
表3.设置在阻燃纸(frp)上的示例性涂料的特性
[0103][0104]
表4.设置在阻燃板上的示例性涂料组合物的特性
[0105][0106]
在1200℃下经受高温预处理时，涂料组合物转化为类陶瓷层，该类陶瓷层通常向涂覆制品提供改善的耐磨性。
[0107]
表5.设置在阻燃纸板(frb)上的附加涂料组合物的特性
[0108][0109]
图5示出了示例性三维成型的火焰屏障，其中三维模制的阻燃纸涂覆有涂料组合物ex.3。
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在阅览本发明的说明书之后，本文所述的包括等效工艺的示例性电绝缘材料的各种修改以及本发明能适用的多个结构对本发明所属领域的技术人员而言将是显而易见的。