CN109328280A

CN109328280A - 绝热材料以及使用该绝热材料的设备

Info

Publication number: CN109328280A
Application number: CN201780038705.4A
Authority: CN
Inventors: 及川摩; 及川一摩; 丰田庆; 冈田伸二; 酒谷茂昭
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2019-02-12
Anticipated expiration: 2037-06-16
Also published as: JP6667083B2; CN109328280B; WO2018003545A1; JP2020056504A; EP3480507A4; JP6967709B2; US20190145571A1; JPWO2018003545A1; EP3480507B1; EP3480507A1

Abstract

本发明使用一种绝热材料，其包含二氧化硅干凝胶、和在300℃以上的温度下与大气中的氧反应能够产生二氧化碳的无纺布纤维。该绝热材料使用氧化聚丙烯腈系纤维作为所述无纺布纤维。本发明使用一种设备，其中，作为保温或保冷结构体的一部分、或者在伴随发热的部件与筐体之间，配置有上述绝热材料。

Description

绝热材料以及使用该绝热材料的设备

技术领域

本发明涉及绝热材料以及使用该绝热材料的设备。特别涉及阻燃性的绝热材料以及使用该绝热材料的设备。

背景技术

已知二氧化硅气凝胶这样的绝热材料。二氧化硅气凝胶是将水玻璃(硅酸钠水溶液)、四甲氧基硅烷(TEOS)之类的烷氧基硅烷作为原料，通过溶胶凝胶反应而制造的。二氧化硅气凝胶由几10nm量级的二氧化硅粒子以点接触连接的网络结构构成，因此脆弱容易损坏。因此，为了克服其脆弱性，对于二氧化硅气凝胶进行了通过与纤维、无纺布、还有树脂等的复合化来实现强度提高的研究。

例如，已知通过将热导率显示23mW/mK的以烷氧基硅烷为原料的粒状性二氧化硅气凝胶散布于由低熔点纤维和高熔点纤维这两种成分构成的纤维材料中，并将该复合材料在高温下加热压缩从而制造的二氧化硅气凝胶/纤维复合材料(专利文献1)。该方法中，通过将低熔点纤维加热压缩到熔点以上，从而使二氧化硅气凝胶与纤维结合，成功地使气凝胶的脱落比以往有所缓和。

另外，报道过一种包含含有二氧化硅气凝胶那样的多孔质粉末的低密度粉末材料和水溶性高分子溶液的绝热用涂料、以及将其涂布于基材的薄绝热材料。例如，将低密度粉末(二氧化硅气凝胶)、与几十重量％的PVA水溶液混合而制备绝热用涂料，将其按照涂料层的厚度成为10μm的方式涂布于复印用纸，在其上重叠另一张复印用纸并使其粘接干燥而制作绝热材料(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4237253号公报

专利文献2：日本特开2013-100406号公报

发明内容

然而，虽然任一方法中二氧化硅气凝胶的强度性都得到改善，但没有兼具高绝热性和阻燃性。

因此，本申请课题在于，提供兼具在狭小空间内也能有效地阻断热流的高绝热性、和能够防止延烧的阻燃性的绝热材料和使用该绝热材料的设备。

为了解决上述课题，使用一种绝热材料，其包含二氧化硅干凝胶、和在300℃以上的温度下与大气中的氧反应能够产生二氧化碳的无纺布纤维。另外，使用一种设备，其中，作为保温或保冷结构体的一部分、或者在伴随发热的部件与筐体之间，配置有上述绝热材料。

根据本发明的绝热材料，由于比以往的绝热材料的热导率低，因此在电子设备、车载设备、产业设备内的狭窄空间内也能充分发挥绝热效果，能够有效地降低从发热部件向筐体的传热。另外本发明的绝热材料具有阻燃性，因此在绝热效果的基础上，具有在万一热失控和着火时防止延烧的延烧防止效果。

附图说明

图1A是实施方式1的绝热材料的截面图。

图1B是实施方式1的绝热材料的截面图。

图2是实施方式的二氧化硅干凝胶的立体图。

图3A是表示实施方式的阻燃性无纺布材料的化学式的图。

图3B是表示实施方式的阻燃性无纺布材料的化学式的图。

图4是表示实施方式的纤维表面的化学结构的图。

图5A是表示实施方式的纤维的物理结构的图。

图5B是表示实施方式的纤维的物理结构的图。

图6是表示实施方式的阻燃性绝热材料的制造方法的图。

图7是表示实施例1中制作的绝热材料接触火焰的样子的图。

图8是表示比较例1中制作的绝热材料接触火焰的样子的图。

图9是实施例1和比较例2中制作的绝热材料截面的SEM图像的图。

图10是表示实施方式的二氧化硅干凝胶填充率与热导率的关系的图。

图11是表示实施方式的纤维直径与热导率的关系的图。

图12A是实施方式的阻燃性绝热材料的截面图。

图12B是实施方式的阻燃性绝热材料的制造方法的图。

具体实施方式

接着，例举优选的具体实施方式对本实施方式进行说明。

(实施方式1)

<阻燃性绝热材料的结构的例示>

以图1A的截面图示出实施方式的绝热材料103a。绝热材料103a是包含无纺布纤维119和二氧化硅干凝胶104的1层。

以图1B的截面图示出实施方式的另一绝热材料103b。所述绝热材料103b是包含如下层的3层结构的绝热材料103b：包含无纺布纤维119和二氧化硅干凝胶104的复合层102、以及在其上面和下面不含无纺布纤维而包含二氧化硅干凝胶104的二氧化硅干凝胶层101。

绝热材料103a和绝热材料103b中，二氧化硅干凝胶104、无纺布纤维119是相同种类的物质。另外，绝热材料103a与复合层102是同等的物质。

绝热材料103b中，提高复合层102中的二氧化硅干凝胶104的填充率，能够确保绝热性。然而，即使在没有复合层102的上面、下面的二氧化硅干凝胶层101的某一者或两者的情况下，后述的热导率在所期望的范围内即可。

无纺布纤维119的热导率为0.030～0.060W/mK。二氧化硅干凝胶104的热导率为0.010～0.015W/mK。结果，绝热材料103b、103a的热导率为0.014～0.024W/mK。

<二氧化硅干凝胶104>

图2中示出实施方式的二氧化硅干凝胶104的微细结构111。二氧化硅干凝胶104是二氧化硅一次粒子108凝聚而生成的二氧化硅二次粒子109以点接触连接、具有几十nm量级的细孔110的多孔质结构体。二氧化硅干凝胶104的微细结构111在复合层102、或其上面和下面的二氧化硅干凝胶层101、无机粘合剂层105中存在。

<绝热材料的厚度>

绝热材料103a、103b的厚度在0.03mm～3.0mm的范围内，优选在0.05mm～1.0mm的范围内。

绝热材料103b、103a的厚度比0.03mm薄的情况下，绝热材料103b的厚度方向的绝热效果降低。绝热材料103b的厚度为0.05mm以上厚的情况下，能够确保绝热材料103b的厚度方向的绝热效果。

另一方面，若绝热材料103a、103b的厚度比1.0mm厚，则向近年来薄型化、小型化进展的设备内的组装变难。

<绝热材料中的二氧化硅干凝胶104的含有率>

二氧化硅干凝胶104的重量在绝热材料103a、103b的总重量中所占的比例，根据无纺布纤维119的单位面积重量、堆积密度、厚度而最佳的范围不同。因此，不能一概而论，但至少为30重量％以上即可。二氧化硅干凝胶104的重量的比例低于30重量％的情况下，低热导率化变难。另外，二氧化硅干凝胶104的重量的比例为70重量％以下即可。二氧化硅干凝胶104的重量的比例高于70重量％的情况下，虽然绝热材料103b的热导率下降，但绝热材料103b的柔软性、强度不足，通过绝热材料103b的反复使用，有可能发生二氧化硅干凝胶104从绝热材料103b的脱落。

<无纺布纤维119的单位面积重量>

作为无纺布纤维119的单位面积重量，采用5g/m²以上且350g/m²以下。关于数值，在以下的实施例中也进行说明。需要说明的是，单位面积重量是指每单位面积的重量。

<无纺布纤维119的堆积密度>

从提高绝热材料103b中的二氧化硅干凝胶104的含有率、进一步降低热导率的观点出发，无纺布纤维119的堆积密度优选100kg/m³以上且500kg/m³以下的范围。

为了以连续体的形式形成伴随机械强度的无纺布，无纺布的堆积密度至少需要为100kg/m³。另外，无纺布的堆积密度大于500kg/m³的情况下，无纺布中的空间体积变少，因此能够填充的二氧化硅干凝胶104相对地减少，热导率变高。关于数值，在以下的实施例中也进行说明。

<无纺布纤维119的材质>

作为无纺布纤维119的材质，在300℃以上的高温下与大气中的氧反应能够产生二氧化碳的、含有碳成分的无纺布纤维119为宜。需要说明的是，化学纤维的情况下，到300℃熔解，变成黑块而不好。利用图3A、图3B的结构式进行说明。

如图3A所示，无纺布纤维119优选部分地残留有腈基的氧化聚丙烯腈系纤维113、或完全环化的氧化聚丙烯腈系纤维114。氧化聚丙烯腈系纤维可以通过将聚丙烯腈(PAN)112在大气中以200～300℃加热而得到，但聚丙烯腈(PAN)112自身若以更高温加热则燃烧，因此作为本实施方式中使用的纤维不优选。

图3B所示的碳纤维115、石墨纤维116从高效地产生二氧化碳的观点出发优选。

需要说明的是，可以包含其它无纺布纤维，但必须包含上述无纺布纤维119作为无纺布纤维中的主要成分。优选以无纺布纤维中的50体积％以上包含上述无纺布纤维119。上述无纺布纤维可以包含多种。

<无纺布纤维119的纤维直径>

作为本实施方式中使用的无纺布纤维119的纤维直径，从兼顾热导率和阻燃性、生产率的观点出发优选1～30μm。

包含小于1μm的纤维直径的绝热材料103a、103b的情况下，由于比表面积大，因此能够更多地产生二氧化碳，且能够减少固体的传热成分，因此能够实现低热导率，另一方面生产率成为问题。

包含大于30μm的纤维直径的绝热材料的情况下，比表面积变小而二氧化碳的产生量减少。因此，不能得到有效的阻燃效果，同时固体的传热成分增多。结果，绝热材料103a、103b的热导率变高。因此，从兼顾绝热材料103a、103b的热导率和阻燃性、生产率的观点出发，无纺布纤维119的纤维直径优选为1～30μm。

<无纺布纤维119的纤维表面的化学结构和物理结构>

作为无纺布纤维119，如前所述，从高效地产生二氧化碳的观点出发，可以使用部分地残留有腈基的氧化聚丙烯腈系纤维113、完全环化的氧化聚丙烯腈系纤维114、碳纤维115、石墨纤维116等。在使这些无纺布纤维119与二氧化硅干凝胶104复合化的过程(在以下的制法中说明，(7)疏水化1(盐酸浸渍工序))中使用酸。

此时，如无纺布纤维119的结构图的图4所示，通过酸而无纺布纤维119的表面被羧基(-COOH)117改性。此时，根据无纺布纤维119浸渍于强酸时的条件(酸浓度、时间、温度)而羧基117的密度不同。大致越是高浓度、长时间、高温则官能团密度越有增大的倾向。

这样在无纺布纤维119的表面形成的羧基在二氧化硅干凝胶104的形成过程(疏水化和干燥)中，主要进行基于加热的脱水缩合反应。

若羧基117的密度高，则无纺布纤维119间和无纺布纤维119内的反应容易进行，通过无纺布纤维119彼此的熔接而形成双链(纤维彼此的交叉点)。

无纺布纤维119的直径粗的双链的形成成为热传导路径，因此从绝热材料设计的观点出发不优选。

另一方面，羧基密度为中等程度或低的情况下，无纺布纤维119间的脱水缩合反应难以进行，形成双链的情况少。

在此，为了抑制同一无纺布纤维119表面内的邻接的羧基彼此的脱水缩合反应的进行，优选部分地形成描绘出缓和的曲线的发夹环结构120。

图5A示出具有该发夹环结构120的纤维。无纺布纤维119彼此不接触，因而能够阻碍其间的结合。另外，优选还形成发夹环结构120相连的伪结结构121。

图5B示出具有该伪结结构121的纤维。该发夹环结构120和伪结结构121中，虽然无纺布纤维119的直径不变，但为了对轻量且弹性模量低而不适合作为结构用材料的二氧化硅干凝胶104的脆弱的结构进行强化是有效的。

发夹环结构120是指，1条纤维以1点为轴对称地排列，具有一个弯曲部分的结构(线对称性)。

另外，伪结结构121是指，1条纤维以2点为轴弯曲排列，具有两个弯曲部分的结构(旋转对称)。

另外，从上述理由出发优选也不提高无纺布纤维119的堆积密度、单位面积重量。

需要说明的是，不限于发夹环结构，也可以是内环、凸环、分支环。在至少一部分具有环结构(轮状、环状的结构)即可，换言之在至少一部分具有曲状部即可。

<绝热材料的阻燃化机理>

已知一般来说对于树脂系的发泡绝热材料而言，通过接触火焰发生有机物的热分解，产生大量可燃性气体，因该可燃性气体而起火，从而绝热材料激烈燃烧。

在以下说明本实施方式的绝热材料103a、103b的阻燃化机理。绝热材料103a、103b包含二氧化硅干凝胶104和无纺布纤维119。构成二氧化硅干凝胶104的二氧化硅粒子表面被有机修饰而呈现疏水性，但若在300℃以上的高温下长时间加热，则该有机修饰基发生热分解，三甲基硅烷醇等以可燃性气体的形式大量脱离。该可燃性气体有时作为助燃剂发挥作用。

例如，对于包含C玻璃的玻璃纸而言，基材自身不燃，但若向该玻璃纸复合化比表面积大的二氧化硅干凝胶104(800m²/g～)，则因由二氧化硅干凝胶104产生的大量可燃性气体而起火，包含C玻璃的玻璃纸有时燃烧。C玻璃比E玻璃的耐热性低，虽然还与单位面积重量也有关，但若C玻璃加热到750℃以上则收缩、变形。在本实施方式的包含氧化聚丙烯腈系纤维、碳纤维、石墨纤维等无纺布纤维119和二氧化硅干凝胶104的绝热材料103a、103b中，在300℃以上的高温、大气气氛下，大气中的氧与无纺布纤维119中的碳反应而产生、放出大量的二氧化碳，由此防止从二氧化硅干凝胶104脱离的可燃气体燃烧。

<绝热材料103b的制造方法和使用原料>

将绝热材料103b的制造方法的概要示于图6。以下，按照图6，示出制造绝热材料103b的情况的一例。

(1)原料混合

在高摩尔硅酸水溶液(东曹产业株式会社、SiO₂浓度14wt％)中，添加浓盐酸1.4重量份作为催化剂，进行搅拌，调配溶胶溶液。然而，二氧化硅的原料种类不限于高摩尔硅酸钠，也可以使用烷氧基硅烷、水玻璃(低摩尔比)。

作为使用的酸的种类，可以举出盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸、次磷酸、氯酸、亚氯酸、次氯酸等无机酸类、酸性磷酸铝、酸性磷酸镁、酸性磷酸锌等酸性磷酸盐类、乙酸、丙酸、草酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、己二酸、壬二酸等有机酸等。使用的酸催化剂的种类没有限制，但从得到的二氧化硅干凝胶104的凝胶骨架强度、疏水性的观点出发，优选盐酸。

进行将上述的酸催化剂添加于高摩尔硅酸水溶液而制备的溶胶溶液的凝胶化。溶胶的凝胶化优选在液体溶剂不会挥发那样的密闭容器内进行。

向高摩尔硅酸水溶液中添加酸使其凝胶化的情况下，此时的pH值优选为4.0～8.0。pH低于4.0的情况下、或者大于8.0的情况下，虽然与此时的温度也有关但高摩尔硅酸水溶液有时不凝胶化。

(2)含浸

向无纺布纤维119(材质氧化聚丙烯腈系纤维、厚度规格400um、单位面积重量53g/m²、尺寸12cm□)注入溶胶溶液，用手辊将溶胶溶液压入无纺布中使其含浸。溶胶溶液的含浸量相对于无纺布纤维119中的理论空间体积过剩地使用(＞100％)。无纺布中的理论空间体积通过无纺布纤维119的堆积密度来计算。需要说明的是，无纺布材质、厚度、堆积密度如前所述不限于上述。另外，作为含浸方法，可以是使无纺布辊连同辊一起浸渍于溶胶溶液的方法、一边用Roll to Roll以一定速度传送无纺布一边从分配器或喷嘴涂布溶胶溶液的方法，但从生产率的观点出发优选Roll to Roll方式。

为了实现快速的含浸，一边利用辊对无纺布纤维119施加压力一边使其接触原料液体是有效的。

(3)膜夹持

将含浸有溶胶溶液的无纺布夹持于PP膜(厚度50um×2片、尺寸B6)，在室温23℃下放置约20分钟使溶胶凝胶化。关于凝胶化待机、厚度限制、还有熟化工序中夹持含浸无纺布的膜的材质、厚度，不限于上述，但由于在熟化工序中需要加热，因此膜的材质优选聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等使用最高温度为100℃以上且线热膨胀系数为100(×10^-6/℃)以下的树脂素材。

(4)厚度限制

确认凝胶化后，向将间隙设定为190um(含膜厚)的双轴辊连同膜一起通过含浸无纺布，从无纺布挤出多余的凝胶以100um为目标限制厚度。需要说明的是，厚度限制的方法不限于上述，也可以利用挤压、压制那样的方法限制厚度。

(5)熟化

在容器中连同膜一起放入凝胶片，在设定温度85℃、湿度85％的恒温恒湿槽中放置3小时，从而使二氧化硅粒子成长(硅烷醇的脱水缩合反应)而形成多孔质结构。

熟化温度在常压下的情况下，优选50～100℃，更优选60～90℃。

若熟化温度低于50℃，则与凝胶化工序同样地必要的热传不到作为反应的活性物种的硅酸单体，不能促进二氧化硅粒子的成长，到熟化充分进行为止需要时间，而且生成的湿润凝胶的强度低，干燥时有时大幅收缩，有时得不到所期望的二氧化硅干凝胶104。

另外，若熟化温度超过100℃，则即使将容器密闭，也可以看到在容器中水挥发而与凝胶分离的现象，由此得到的湿润凝胶的体积减小，有时得不到所期望的二氧化硅干凝胶104。若熟化温度为60～90℃的范围，则不会损害生产率，能够促进二氧化硅粒子的适度的成长，另外，能够实现二氧化硅粒子彼此以点接触连结的网部分的强化，且不会使湿润凝胶的水分挥发，能够实施熟化。

熟化时间与熟化温度也有关，但优选0.5～6小时、更优选1～3小时。若熟化时间少于0.5小时，则凝胶壁的强度提高有时不充分，若超过6小时，则熟化对凝胶壁的强度提高的效果变得缺乏，反而有时有损生产率。若为1～3小时，则不会损害生产率，能够充分进行凝胶壁的强度提高。

作为熟化条件，必须同时考虑温湿度和时间，但若考虑凝胶骨架强度提高与生产率的平衡，则优选在85℃、85％条件下处理1～3小时。为了增大干凝胶的细孔容积、或增大平均细孔径，优选在上述范围内提高凝胶化温度和熟化温度、或在上述范围内增长凝胶化时间与熟化时间的合计时间。另外，为了减小二氧化硅干凝胶104的细孔容积、或减小平均细孔径，优选在上述范围内降低凝胶化温度和熟化温度、或在上述范围内缩短凝胶化时间与熟化时间的合计时间。

(6)膜剥离

从恒温槽中取出熟化容器在室温下放冷后，将熟化后的样品取出，剥离膜。

(7)疏水化1(盐酸浸渍工序)

将凝胶片浸渍于盐酸(4～12当量)后，在常温23℃下放置15分钟以上在凝胶片中摄入盐酸。

(8)疏水化2(硅氧烷处理工序)

使凝胶片例如浸渍于作为甲硅烷基化剂的八甲基三硅氧烷和作为醇的2-丙醇(IPA)的混合液中，放入55℃的恒温槽中反应2小时。若开始形成三甲基硅氧烷键，则从凝胶片排出盐酸水，进行2液分离(上层为硅氧烷、下层为盐酸水、2-丙醇)。

(9)干燥

将凝胶片移入150℃的恒温槽中干燥2小时。

以上，按照图6，示出制造绝热材料103b的情况的一例，但不限于此。

实施例

以下，基于实施例说明本实施方式。但是，本实施方式不限于下述实施例。所有反应在大气下进行。

<评价>

需要说明的是，实施例中，改变无纺布纤维119的单位面积重量(每单位面积的无纺布纤维119的重量[g/m²])、或厚度而制作绝热材料103b，测定绝热材料103b的热导率、厚度。

绝热材料103b的热导率测定中，使用热流计HFM 436Lamda(NETZCH制)和TIMtester(Analysys Tech制)。

厚度测定中，使用数码指示器H0530(Mitutoyo制)。测定压力设为7.4kPa。测定部位对于10片绝热材料103b测定各个面内15点(合计150点)。

进行接触火焰的评价。使火焰直接接触绝热材料评价是否燃烧。

各实施例、比较例的详细条件在以下进行说明。另外，将结果和条件示于表1。

[表1]

<合格基准>

将绝热材料的热导率为0.024W/mK以下、且即使接触火焰也不燃烧作为合格。但是，将满足双方的条件以综合评价的形式作为合格。

静止空气的常温下的热导率为0.026W/mK左右。因此，为了有效地阻断热流，需要使绝热材料103b的热导率小于静止空气的热导率。

因此，绝热材料103b的热导率的合格基准设为低于静止空气的热导率约10％的0.024W/mK以下。若大于0.024W/mK，则与静止空气的热导率基本不变，因此有损对于空气绝热的优势性。

接触火焰中，数秒钟内，若燃烧则作为不合格，若不燃烧则作为合格。

<全体>

实施例1～4、比较例1～4由图1A和图1B所示的绝热材料103b(复合层102和二氧化硅干凝胶层101)构成。比较例5、6仅为无纺布纤维119。

比较例1是无纺布纤维119由聚酯构成的绝热材料。比较例2～4使用阻燃性的氧化聚丙烯腈系纤维作为无纺布纤维119，对纤维直径大于30μm的无纺布纤维进行评价。比较例5、6示出仅对不含二氧化硅干凝胶104的阻燃性无纺布进行评价的结果。以下浓度为重量％。

<实施例1>

在高摩尔硅酸水溶液(东曹产业株式会社、SiO₂浓度14％)中，添加浓盐酸1.4重量份作为催化剂，进行搅拌，调配溶胶溶液。接着，向无纺布纤维119(材质；氧化聚丙烯腈系纤维，厚度0.241mm、单位面积重量53g/m²)注入溶胶溶液从而使溶胶溶液含浸于无纺布中。将含浸有溶胶溶液的无纺布夹持于PP膜(厚度50um×2片)，在室温23℃下放置20分钟使溶胶凝胶化。确认凝胶化后，向将间隙设定为0.3mm(含膜厚)的双轴辊连同膜一起通过含浸无纺布，从无纺布挤出多余的凝胶以0.30mm为目标限制厚度。

接着，在容器中以带膜的状态放入上述凝胶片，在设定温度85℃、湿度85％的恒温恒湿槽中放入3小时，从而使二氧化硅粒子成长(硅烷醇的脱水缩合反应)而形成多孔质结构。从恒温槽中取出熟化容器在室温下放冷后，取出熟化后的样品，将膜剥离。

接着，将凝胶片浸渍于盐酸6当量后，在常温23℃下放置60分钟使盐酸摄入凝胶片中。接着，使凝胶片浸渍于作为甲硅烷基化剂的八甲基三硅氧烷和2-丙醇(IPA)的混合液中，放入55℃的恒温槽中反应2小时。若开始形成三甲基硅氧烷键，则从凝胶片中排出盐酸水，成为2液分离的状态(上层为硅氧烷、下层为盐酸水、2-丙醇)。将凝胶片移入设定为150℃的恒温槽中在大气气氛下干燥2小时从而得到片材。

其结果是，得到平均厚度0.305mm、热导率0.022W/mK的绝热材料103b。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为42.2wt％。图7是实施例1中制作的绝热材料接触火焰时的样子，可知完全不燃。

图9是实施例1和比较例2中制作的阻燃性绝热材料(以氧化聚丙烯腈系纤维为材质的无纺布纤维119与二氧化硅干凝胶104的复合体)的扫描电子显微镜的观察图像。实施例1是用盐酸浓度6当量处理过的纤维、比较例2是用盐酸浓度12当量处理过的纤维。实施例1中制作的绝热材料的截面结构(150倍)具有发夹环结构，纤维1条1条是独立的，纤维直径为15μm。

<实施例2>

将无纺布纤维119的规格变为平均厚度0.108mm、单位面积重量20g/m²，随之将原料的使用量变为1/2，除此以外，在与实施例1同样的工艺条件下制作片材。

其结果是，得到平均厚度0.246mm、热导率0.0180W/mK的绝热材料103b。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为66.9wt％。与实施例1同样，即使绝热材料接触火焰也完全不燃烧。

<实施例3>

作为无纺布纤维119，变为包含PET20％和碳纤维80％、平均厚度0.450mm、单位面积重量30g/m²，随之将原料的使用量变为2倍，除此以外，在与实施例1同样的工艺条件下制作片材。碳纤维没有纤维彼此的缠绕而非常容易解开，因此为了得到自立的纤维基材作为无纺布基材，本发明中，使用添加了PET20％作为粘合剂的碳纤维基材。

其结果是，得到平均厚度0.503mm、热导率0.019W/mK的绝热材料103b。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为67.1wt％。与实施例1同样，即使绝热材料接触火焰也完全不燃烧。

<实施例4>

作为无纺布纤维119，变为包含PVA20％E碳纤维为80％、平均厚度0.130mm、单位面积重量10g/m²，随之将原料的使用量变为1/2，除此以外，在与实施例1同样的工艺条件下制作片材。碳纤维没有纤维彼此的缠绕而非常容易解开，因此为了得到自立的基材作为无纺布基材，本发明中，使用添加了PVA20％作为粘合剂的碳纤维基材。

其结果是，得到平均厚度0.200mm、热导率0.017W/mK的绝热材料103b。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为69.6wt％。与实施例1同样，即使绝热材料接触火焰也完全不燃烧。

<比较例1>

除了将无纺布纤维119变为PET(厚度0.902mm、单位面积重量105g/m²)以外，在与实施例1同样的工艺条件下制作片材。

其结果是，得到平均厚度1.05mm、热导率0.0189W/mK的绝热材料。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为63.1wt％。图8是比较例1中制作的绝热材料接触火焰时的样子，可知容易燃烧。

<比较例2>

将凝胶片浸渍于盐酸12当量后，在常温23℃下放置72小时使盐酸摄入凝胶片中，除此以外，在与实施例1同样的工艺条件下制作片材。

其结果是，得到平均厚度0.656mm、热导率0.02626W/mK的绝热材料103b。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为49.2wt％。

<比较例3>

将凝胶片浸渍于盐酸12当量后，在常温23℃下放置24小时使盐酸摄入凝胶片中，除此以外，在与实施例1同样的工艺条件下制作片材。

其结果是，得到平均厚度0.501mm、热导率0.02585W/mK的绝热材料103b。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为47.8wt％。与实施例1同样，即使绝热材料接触火焰也完全不燃烧，但不满足热导率0.024W/mK以下的基准。对比较例3的绝热材料的截面结构进行观察的结果是，零星发现纤维彼此熔接而形成双链的部分。该双链的最大纤维直径大于30μm。

<比较例4>

将凝胶片浸渍于盐酸12当量后，在常温23℃下放置60分钟使盐酸摄入凝胶片中，除此以外，在与实施例1同样的工艺条件下制作片材。

其结果是，得到平均厚度0.538mm、热导率0.02663W/mK的绝热材料103b。此时的二氧化硅干凝胶104的填充率为46.4wt％。与实施例1同样，即使绝热材料接触火焰也完全不燃烧，但不满足热导率0.024W/mK以下的基准。对绝热材料的截面结构进行观察的结果是，零星发现纤维彼此熔接变成2条而纤维直径变粗的部分。

<比较例5>

对于厚度0.241mm、单位面积重量53g/m²、材质为氧化聚丙烯腈系纤维的无纺布纤维119，不使二氧化硅干凝胶104复合化，测定热导率的结果是0.042W/mK。

<比较例6>

作为无纺布纤维119，变为包含聚酯20％、碳纤维为80％、平均厚度0.130mm、单位面积重量10g/m²，不使二氧化硅干凝胶104复合化，测定热导率的结果是0.034W/mK。

<结果>

(1)实施例1与比较例2的比较

图9是实施例1和比较例2中制作的绝热材料(以氧化聚丙烯腈系纤维为材质的无纺布纤维119与二氧化硅干凝胶104的复合体)的扫描电子显微镜的观察图像。实施例1是用盐酸浓度6当量处理过的纤维、比较例2是用盐酸浓度12当量处理过的纤维。比较例2与实施例1同样，即使绝热材料接触火焰也完全不燃烧，但不满足热导率0.024W/mK以下的基准。对比较例2的绝热材料的截面结构进行观察的结果是，由图9的SEM图像(倍率1000倍)可知，零星发现纤维彼此熔接变成2条而纤维直径变粗的部分。该熔接部分的纤维直径为35μm。由此，推测通过使凝胶片浸渍于12当量的盐酸中，氧化聚丙烯腈系纤维表面被氧化，发生纤维彼此的熔解和粘接。另外，认为通过纤维彼此熔接而变粗，从而热传导路径增大而热导率恶化。

(2)全体

实施例1～4中，可知热导率为0.018～0.022W/mK而非常低，且即使接触火焰也不燃烧。图10示出二氧化硅干凝胶104的填充率(重量％)与绝热材料的热导率的关系。可知二氧化硅干凝胶104的填充率与热导率有关系，二氧化硅干凝胶104的填充率必须为30重量％以上是为了满足热导率0.024W/mK以下的优选条件(图10)。

另一方面，从绝热材料的强度的观点出发，若二氧化硅干凝胶104的填充率高于80％，则部分地形成没有进行基于无纺布纤维119的有效补强的二氧化硅干凝胶层101，因此产生容易发生二氧化硅干凝胶104的破坏或脱落的缺点。表2中总结了二氧化硅干凝胶104的填充率、与热导率、凝胶脱离量的关系。二氧化硅干凝胶104的填充率30重量％与80重量％具有临界的意义。

[表2]

干凝胶含量(重量％)	低于40	40以上且70以下	多于70
				热导率	高	中	低
凝胶脱落量	少	中	多

可见，不仅鉴于热导率、还有强度的观点，若定义兼顾它们的二氧化硅干凝胶104的填充率的适合性范围，则优选30重量％以上且80重量％以下。

图11示出构成绝热材料的无纺布纤维119的最大纤维直径与绝热材料的热导率的关系。可知最大纤维直径与热导率有关系，即使使用与实施例1、2相同的氧化聚丙烯腈系纤维基材，在纤维直径大于30μm的情况下，也由于大量形成热传导路径而热导率恶化(图11)。纤维直径优选30μm以下。

由以上可知，为了兼顾高绝热性与阻燃性，优选无纺布纤维119的纤维直径为30μm以下，二氧化硅干凝胶104的填充率为30重量％以上且80重量％以下。

(实施方式2)

另外，以图12A的截面图示出另一绝热材料107。绝热材料107是包含无纺布纤维119而不含二氧化硅干凝胶104的无纺布纤维层106、与其两表面的二氧化硅干凝胶104被无机粘合剂粘结的无机粘合剂层105的3层结构体。没有记载的事项与实施方式1同样。二氧化硅干凝胶104与无纺布纤维119不直接接触，但在同一绝热材料107中，具有与实施方式1同样的效果。

根据该结构，比实施方式1的绝热材料103b容易制造。仅仅对无纺布纤维119涂布无机粘合剂和二氧化硅干凝胶104的混合物即可。另外，该结构中，将二氧化硅干凝胶104与无纺布纤维119分离，因而无纺布纤维119与二氧化硅干凝胶104的关系可以自由地设定。

绝热材料107的厚度、成分、二氧化硅干凝胶104浓度等与绝热材料103b同样。

<绝热材料107的制造方法>

没有记载的事项与实施方式1的上述绝热材料103b的制造方法相同。

将绝热材料107的制造方法的概要示于图12B。将包含二氧化硅干凝胶104那样的多孔质粉末的低密度粉末材料与无机粘合剂混合，涂布于阻燃性无纺布纤维119，并使其干燥从而得到绝热材料107。无机粘合剂是使低密度粉末材料与无纺布纤维119结合的粘结剂，一般由主成分、固化剂、填充剂构成，可以使用公知的无机粘合剂。

将该混合物在无纺布纤维119的两面按照成为规定的厚度的方式涂布，并使其干燥。由此可以制作绝热材料107。二氧化硅干凝胶104优选热导率为0.010～0.015W/mK、且平均粒径为5～50μm的二氧化硅干凝胶。此时，可以在无纺布纤维119的两面同时涂布，也可以对每个单面顺次涂布、干燥而制作，但不限于此。无纺布纤维119、二氧化硅干凝胶104与实施方式1相同。其它没有记载的事项与实施方式1同样。

(作为整体)

实施方式1与2可以组合。

二氧化硅干凝胶104与无纺布纤维119没有必要位于相同的层，在相同的绝热材料内存在即可。

本申请发明的绝热材料优选在各种设备中作为保温或保冷结构体的一部分、或者在伴随发热的部件与筐体之间配置。

需要说明的是，％表示中，没有特殊记载的表示重量％。

产业上的可利用性

本实施方式的绝热材料在电子设备、车载设备、产业设备内的狭窄空间内也能充分发挥绝热效果因此被广泛利用。被应用于信息设备、便携设备、显示器、电气组件等与热相关的全部产品。

附图标记说明

101 二氧化硅干凝胶层

102 复合层

103a、103b 绝热材料

104 二氧化硅干凝胶

105 无机粘合剂层

106 无纺布纤维层

107 绝热材料

108 二氧化硅1次粒子

109 二氧化硅2次粒子

110 细孔

111 二氧化硅干凝胶的微细结构

112 聚丙烯腈(PAN)

113 氧化聚丙烯腈系纤维

114 氧化聚丙烯腈系纤维

115 碳纤维

116 石墨纤维

117 羧基

119 无纺布纤维

120 发夹环结构

121 伪结结构

Claims

1.一种绝热材料，其包含：

二氧化硅干凝胶、和

在300℃以上的温度下与大气中的氧反应能够产生二氧化碳的无纺布纤维。

2.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，

所述无纺布纤维是氧化聚丙烯腈系纤维。

3.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，

所述无纺布纤维是碳纤维或石墨纤维。

4.根据权利要求1所述的绝热材料，

其包含30～80重量％的所述二氧化硅干凝胶。

5.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，

所述无纺布纤维包含直径1～30μm的纤维。

6.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，

所述无纺布纤维的表面被羧基改性。

7.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，

所述无纺布纤维具有曲状部。

8.根据权利要求1所述的绝热材料，其中，

所述二氧化硅干凝胶是在300℃以上产生可燃性气体的有机修饰二氧化硅干凝胶。

9.根据权利要求1所述的绝热材料，其包含：

包含所述无纺布纤维和所述二氧化硅干凝胶的复合层、和

层叠于所述复合层且不含所述无纺布纤维而包含所述二氧化硅干凝胶的二氧化硅干凝胶层。

10.根据权利要求1所述的绝热材料，其具有：

不含二氧化硅干凝胶而包含所述无纺布纤维的无纺布纤维层、和

在所述无纺布纤维层的单面或两面通过无机粘合剂粘结所述二氧化硅干凝胶的无机粘合剂层。

11.一种设备，其中，

作为保温或保冷结构体的一部分、或者在伴随发热的部件与筐体之间，配置有权利要求1所述的绝热材料。