一种纤维增强热塑性阻燃绝热板及其制备方法与流程

1.本发明属于阻燃材料技术领域，具体涉及一种纤维增强热塑性阻燃绝热板及其制备方法。


背景技术：

2.在全球“碳中和、碳达峰”的目标之下，新能源汽车普及率不断提升。2021年新能源汽车产销表现远超市场预期，2021年全年全球新能源汽车销量为650.14万辆，同比增长108％，预计到2025年，全球新能源汽车销量约1800万辆，国内新能源车销量或达1000万辆级别；到2030年，全球电动汽车销量约在3000万辆规模。全球新能源应用领域发展已进入快车道，因此选择一种好的轻量化材料将尤为重要。
3.近年来，新能源汽车应用最为成熟的汽车轻量化材料包括改性塑料及其复合材料和以合金为主的轻质合金等材料。在汽车内饰材料、承重零部件，以及新能源动力电池等零部件中均能看到高分子材料应用。但是这些材料在阻燃、隔热等方面的性能不尽理想，因此，将这些材料应用于汽车零部件时，首要考虑的问题就是安全性，提升这类材料的阻燃、隔热性能是当前提高新能源汽车安全性的重要手段。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种强度高，阻燃、隔热性能好的纤维增强热塑性阻燃绝热板。
5.本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供一种纤维增强热塑性阻燃绝热板，包括交替堆叠的纤维增强阻燃层和气凝胶层；所述纤维增强阻燃层由下述重量份的原料制成：所述纤维增强阻燃层由下述重量份的原料制成：基体树脂30-70重量份、无卤膨胀性阻燃剂10-50重量份、纤维30-70重量份；所述气凝胶层为气凝胶膜或气凝胶毡。
7.本发明所述纤维增强阻燃层的损伤容限高，冲击后残余压缩强度比热固性复合材料大，并且所述纤维增强阻燃层具有较好的热压缩强度。
8.气凝胶膜层是以硅气凝胶为填充料，通过复合工艺制备纳米硅气凝胶隔热膜，多孔结构表面均匀，导热系数低于0.018w/m.k。
9.气凝胶毡是以纳米二氧化硅或金属类气凝胶为主体材料，通过特殊工艺同碳纤维或陶瓷玻璃纤维棉或预氧化纤维毡复合而成的柔性保温毡，具有柔软﹑易裁剪﹑密度小、无机防火、整体疏水、绿色环保等特性，其可替代玻璃纤维制品、石棉保温毡、硅酸盐纤维制品等不环保、保温性能差的传统柔性保温材料。
10.优选的，所述基体树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、竹纤维、麻纤维或树脂纤维中的至少一种。
11.膨胀型阻燃剂，其是一种以氮、磷为主要组成的复合阻燃剂，它不含卤素，也不采
用氧化锑作为协效剂，该类阻燃剂在受热时发泡膨胀，故称为膨胀型阻燃剂，是一类高效低毒的环保型阻燃剂。
12.优选的，还包括粘结层，所述粘结层位于纤维增强阻燃层和气凝胶层之间，用以粘结纤维增强阻燃层和气凝胶层。所述粘结层为改性eva粘接层、po粘接层、pes粘接层、pu粘接层、pp粘接层或pe粘接层中的至少一种。
13.优选的，所述纤维增强阻燃层的厚度为0.75-2.0mm，所述气凝胶膜层的厚度为0.1-5mm，所述气凝胶毡层的厚度为2-20mm，所述粘结层的厚度为0.08-0.2mm。
14.本发明提供的所述纤维增强热塑性阻燃绝热板的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)制备纤维增强阻燃层：将基体树脂、无卤膨胀性阻燃剂和纤维混合加热、压制，得纤维增强阻燃层；
16.(2)按照一层纤维增强阻燃层、一层气凝胶层的次序铺设，经热压、冷却，得所述纤维增强热塑性阻燃绝热板。
17.优选的，步骤(1)中，所述混合加热的温度为180-250℃，混合加热的时间为0.5-200s；步骤(2)中，所述热压的温度为150-220℃，热压的压力为0.1-10mpa。
18.本发明提供的纤维增强热塑性阻燃绝热板的制备方法，包括以下步骤：
19.(1)制备纤维增强阻燃层：将基体树脂、无卤膨胀性阻燃剂和纤维混合加热、预浸、再重叠铺层热压，得纤维增强阻燃层；
20.(2)按照一层纤维增强阻燃层、一层粘结层、一层气凝胶层的次序铺设，经热压、冷却后，得所述纤维增强热塑性阻燃绝热板。
21.优选的，步骤(1)中，所述混合加热的温度为180-250℃，混合加热的时间为0.5-200s；步骤(2)中，所述热压的温度为150-220℃，热压的压力为0.1-10mpa。
22.本发明还涉及所述纤维增强热塑性阻燃绝热板在新能源电池阻燃绝热板材中的应用。
23.本发明的有益效果为：
24.1、本发明提供的纤维增强热塑性阻燃绝热板，具有优异的热加工性能、抗冲击性能、耐腐蚀性能、抗弹性变形性能、阻燃性能，以及具有一定的保温性能；本技术所述维增强热塑性阻燃绝热板的导热系数可低至0.018w/m.k。
25.2、本发明提供的纤维增强热塑性阻燃绝热板，制备方法简单、生产效率高、生产成本低、成品率高；
26.3、本发明提供的纤维增强热塑性阻燃绝热板，将其应用到新能源汽车电池阻燃绝热板材中，可提供包括隔热、阻燃、减震、防爆、承重在内的多方面效果，具有耐高低温、耐酸碱油、耐腐蚀、抗氧化、环保无毒等性能优点。
附图说明
27.图1为本发明实施例3所述纤维增强热塑性阻燃绝热板的结构示意图；
28.图2为本发明实施例4所述纤维增强热塑性阻燃绝热板的结构示意图；
29.其中：1-纤维增强阻燃层；2-粘结层；3-气凝胶层。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
31.实施例1
32.一种纤维增强热塑性阻燃绝热板，包括依次重叠设置的厚度为0.75mm的纤维增强阻燃层和厚度为1mm的气凝胶膜层；
33.制备方法为：
34.(1)按下述重量比取各原料：聚乙烯36.5重量份，jls-pna-220a(杭州捷尔思阻燃化工有限公司)10重量份，玻璃纤维55重量份；将各原料在180℃下混合加热50s、压制，得纤维增强阻燃层；
35.(2)按照一层纤维增强阻燃层、一层气凝胶膜层的次序铺设，在热压温度为150℃，热压压力为2mpa的条件下压制、冷却，得纤维增强热塑性阻燃绝热板。
36.实施例2
37.一种纤维增强热塑性阻燃绝热板，包括依次重叠设置的厚度为0.75mm的纤维增强阻燃层和厚度为5mm的气凝胶毡层；
38.制备方法为：
39.(1)按下述重量比取各原料：聚丙烯36.5重量份，jls-pna-220b(杭州捷尔思阻燃化工有限公司)10重量份，玄武岩纤维55重量份；将各原料在200℃下混合加热10s、压制，得纤维增强阻燃层；
40.(2)按照一层纤维增强阻燃层、一层气凝胶毡层的次序铺设，在热压温度为160℃，热压压力为5mpa的条件下压制、冷却，得纤维增强热塑性阻燃绝热板。
41.实施例3
42.一种纤维增强热塑性阻燃绝热板，包括两层厚度为1.5mm的纤维增强阻燃层和一层厚度为1.0mm的气凝胶膜层；
43.制备方法为：
44.(1)按下述重量比取各原料：聚碳酸酯45重量份，fr-pc(南通雅尔利阻燃材料有限公司)10重量份，玻璃纤维50重量份；将各原料在240℃下混合加热10s、压制，得纤维增强阻燃层；
45.(2)按照一层纤维增强阻燃层、一层气凝胶毡层、一层纤维增强阻燃层的次序铺设，在热压温度为220℃，热压压力为4mpa的条件下压制、冷却，得纤维增强热塑性阻燃绝热板。
46.实施例4
47.一种纤维增强热塑性阻燃绝热板，包括两层厚度为1.5mm的纤维增强阻燃层、两层厚度为0.1mm的po粘结层和一层厚度为1.0mm的气凝胶膜层；
48.制备方法为：
49.(1)按下述重量比取各原料：聚碳酸酯45重量份，fr-pc(南通雅尔利阻燃材料有限公司)10重量份，玻璃纤维50重量份；将各原料在240℃下混合加热10s、压制，得纤维增强阻
燃层；
50.(2)按照一层纤维增强阻燃层、一层粘结层、一层气凝胶膜层、一层粘结层、一层纤维增强阻燃层的次序铺设，在热压温度为220℃，热压压力为4mpa的条件下压制、冷却，得纤维增强热塑性阻燃绝热板。
51.本技术所述纤维增强热塑性阻燃绝热板的阻燃绝热性能研究：
52.采用本技术实施例1所述纤维增强热塑性阻燃绝热板制造电池外壳，参与火烧试验。
53.试验环境温度为0℃以上，风速不大于2.5km/h，测试中，盛放汽油的平盘尺寸超过试验对象水平投影尺寸20cm，不超过50cm，平盘高度不高于汽油表面8cm，试验对象应居中放置。汽油液面与试验对象底部的距离设定为50cm或者为车辆空载状态下试验对象底面的离地高度，平盘底层注入水。
54.外部火烧试验分为以下两种方式：
55.1，预热60s，直接燃烧，试验对象直接暴露在火焰下70s；
56.2，间接燃烧60s，再直接暴露在火焰中60s；
57.经观察两种火烧试验，采用本技术所述纤维增强热塑性阻燃绝热板作为电池壳的电池舱内无明显灼烧，且舱内温度低于150℃。即本技术所述纤维增强热塑性阻燃绝热板具有很好的阻燃绝热效果。
58.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。