具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种防火隔热板，包括：

气凝胶芯材层；

复合在所述气凝胶芯材层上下两面的增强层；

覆盖所述气凝胶芯材层边缘的树脂封边层；

所述增强层通过阻燃树脂与所述气凝胶芯材层复合。

请参阅图1，图1为本发明提供的防火隔热板的结构示意图。

在本发明中，所述气凝胶芯材层中气凝胶的含量优选大于等于30wt％；所述气凝胶具有极低导热系数和吸声性能，可用来替代传统隔热降噪结构中的纤维隔音棉或者泡沫，气凝胶多孔纳米结构起到主要的热学阻隔和吸收噪声作用；该材料在同样隔热效果下，厚度只有传统隔热隔音棉的1/5。在本发明中，所述气凝胶优选为所述气凝胶为氧化铝气凝胶、二氧化硅气凝胶、氧化锌气凝胶和碳化物气凝胶中的一种或多种，更优选为氧化铝气凝胶或二氧化硅气凝胶；本发明对所述气凝胶的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述无机气凝胶制品的市售商品或自制品均可。

在本发明中，所述气凝胶芯材层的厚度优选为1mm～20mm，更优选为2mm～10mm；可以是1mm、2mm、3mm、5mm、6mm、10mm、15mm、20mm。

在本发明中，所述增强层复合在所述气凝胶芯材层上下两面。在本发明中，所述增强层优选为玻纤复合材料板材、碳纤维复合材料板材、碳碳复合材料板材、金属板材、金属箔、聚酰亚胺膜、聚醚醚酮薄膜、碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、石英布预浸料、高硅氧预浸料、陶瓷纤维预浸料、碳化硅预浸料、碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、石英布、高硅氧布、陶瓷纤维布和碳化硅布中的一种或多种；其中，气凝胶芯材层上下两面的增强层可以相同，也可以不同。

在本发明中，所述树脂封边层覆盖所述气凝胶芯材层边缘。在本发明中，所述树脂封边层所用树脂优选选自阻燃类环氧树脂、阻燃类酚醛树脂、阻燃类PMI树脂、阻燃胶粘剂、阻燃类有机硅树脂、阻燃类氰酸酯树脂和阻燃类双马来酰亚胺树脂BMI中的一种或多种。本发明对上述树脂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述增强层通过阻燃树脂与所述气凝胶芯材层复合。在本发明中，所述阻燃树脂与所述树脂封边层中的树脂可以相同，也可以不同，优选为相同树脂；在此基础上，二者在形成产品过程中能够结合为一体结构，从而实现更优异的粘接效果。

在本发明中，所述复合在所述气凝胶芯材层上表面的增强层上优选还复合有阻燃树脂层；既能够解决气凝胶芯材层上表面容易缺胶的问题，又能够提高产品上表面质量。

本发明通过使用耐高温材料(碳纤维布、玻璃纤维布、石英布、高硅氧布、陶瓷纤维布、碳化硅布等)，和耐烧蚀树脂(树脂的热重分析，200℃以后开始分解，质量开始减少，到800℃，残余碳结构比例是61％，1000℃时残余60％，参见图19；选材里面的树脂是影响板材工作温度的关键，面层和芯材都是无机材料能够使用到650℃；而一般的树脂最高工作温度280-300℃，本发明选用的树脂可以到400℃，所以板材工作温度可以提高100℃)，和本身具备一定的强度和密度，可以实现防火效果。

为了更好的发挥气凝胶材料的隔热性能，解决目前商用气凝胶材料强度低、易漏粉的缺陷，以及商用绝热板材大多数形状固定，不能进行复杂平面形状或立体形状的定制，且有不能现场打孔等限制；本发明结合复合材料工艺，对气凝胶芯材进行复合和封装，在其表面形成致密坚固有韧性的复材表皮，形成Multi-layer多层隔热结构，增加强度的同时赋予它更强的隔热和隔音效果，通过耐烧蚀树脂形成的致密表面，和经过较为致密的气凝胶芯材组合，使板材整体具备防火性能，并且可以加工出复杂的平面形状和三维形状。

本发明从蜂窝板和硬质泡沫三明治板中得到启发，只需要在芯材上贴合很薄很轻但强度很高的上下两层复合材料，就可以得到轻质坚固的板材；在这样的三明治结构中，芯材只提供连接上下复合材料层，限制其挠度的作用；对于本发明而言，芯材是隔热隔音性能的主要材料，复合材料层在提供优良强度的同时，克服了气凝胶制品掉粉的缺陷，同时也阻挡了外界气体，液体的进入。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的防火隔热板的制备方法，包括以下步骤：

a)将树脂膜覆盖到增强层上，得到贴好树脂膜的增强层；所述树脂膜中的树脂为阻燃树脂；

b)将步骤a)得到的贴好树脂膜的增强层覆盖到气凝胶芯材层上下两面，铺好后再在气凝胶芯材层边缘用树脂封边，得到预制件；

c)对步骤b)得到的预制件进行热压处理，冷却后得到防火隔热板。

本发明首先将树脂膜覆盖到增强层上，得到贴好树脂膜的增强层。在本发明中，所述树脂膜中的树脂为阻燃树脂；所述阻燃树脂与上述技术方案中的相同，在此不再赘述。

在本发明中，所述树脂膜优选为100g/m²～300g/m²，更优选为200g/m²；所述树脂膜中树脂的流动性优选<10％，树脂含量优选在75wt％以上；覆盖到(一层)增强层上的树脂膜层数优选为1～4层。本发明采用上述树脂膜形式引入树脂，使树脂用量可控，保证芯材和表层可靠粘接，也不会有过多的树脂浸入芯材产生增加整体重量和降低芯材隔热效果的缺陷；同时，树脂膜固含量较高，相比传统复材工艺本发明提供的制备方法中的有机挥发物VOC比例低；另外，芯材在本发明的制备方法下受到的压缩量受到严格控制，在成品中仍然保持蓬松状态，完全保留了它原有的隔热效果。

在本发明中，所述增强层优选为玻纤复合材料板材、碳纤维复合材料板材、碳碳复合材料板材、金属板材、金属箔、聚酰亚胺膜、聚醚醚酮薄膜、碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、石英布预浸料、高硅氧预浸料、陶瓷纤维预浸料、碳化硅预浸料、碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、石英布、高硅氧布、陶瓷纤维布和碳化硅布中的一种或多种；其中，气凝胶芯材层上下两面的增强层可以相同，也可以不同。

在本发明一个优选的实施例中，所述增强层采用板材或薄膜，其中板材可以是玻纤复合材料板材、碳纤维复合材料板材、碳碳复合材料板材、金属板材，薄膜可以是金属箔、聚酰亚胺膜、聚醚醚酮薄膜；在此基础上，本发明首先裁剪板材或薄膜至合适的尺寸，再对板材或薄膜进行打磨或其他表面处理，使其表面更加适合粘接，然后进行树脂膜的覆盖。

在本发明另一个优选的实施例中，所述增强层采用碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、石英布预浸料、高硅氧预浸料、陶瓷纤维预浸料或碳化硅预浸料；在此基础上，本发明将上述预浸料铺到芯材两面，两面各一层或多层，两面数量不一定相等(由于本发明的制备方法中施加的压力不大，铺层过多会有布料压不紧实，形成的复材有空洞，产生不良品的情况)，然后进行树脂膜的覆盖。

在本发明另一个优选的实施例中，所述增强层采用碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布、石英布、高硅氧布、陶瓷纤维布或碳化硅布；在此基础上，本发明先进行树脂膜的覆盖，再将覆盖有树脂膜的增强层铺到芯材两面，两面各一层或多层，两面数量不一定相等(由于本发明的制备方法中施加的压力不大，铺层过多会有布料压不紧实，形成的复材有空洞，产生不良品的情况)。

在本发明中，所述将树脂膜覆盖到增强层上过程优选还包括：

在增强层边缘和/或中心位置增加树脂膜的贴合，增强粘接效果。在本发明中，所述树脂膜覆盖的方式优选包括采用带有载体的树脂膜直接贴合或涂刷或浸渍树脂的有机溶液形成树脂膜。

得到贴好树脂膜的增强层后，本发明将得到的贴好树脂膜的增强层覆盖到气凝胶芯材层上下两面，铺好后再在气凝胶芯材层边缘用树脂封边，得到预制件。请参阅图2，图2为本发明提供的制备防火隔热板的预制件的结构示意图。

在本发明中，所述在气凝胶芯材层边缘用树脂封边的方式优选为刷胶或浸胶；所述胶优选由树脂经有机溶剂稀释而成，所述树脂与树脂膜所用树脂可以相同，也可以不同，优选为相同树脂；在此基础上，二者在形成产品过程中能够结合为一体结构，从而实现更优异的粘接效果。

本发明为使产品形状切割方便，优选将铺好后的结构固化好进行形状切割后，再进行刷胶或浸胶，然后进行2次升温固化。

在本发明中，所述树脂封边的过程中，所述胶优选浸润气凝胶芯材层边缘；所述浸润的宽度优选为5mm～10mm。

得到所述预制件后，本发明对得到的预制件进行热压处理，冷却后得到防火隔热板。本发明对所述热压处理的方式没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的热压机、热压罐或模具与真空袋结合的技术方案即可。本发明采用上述热压机在合模过程中采用8-16个夹具加紧，保证上下模之间没有缝隙。

在本发明中，所述热压处理的温度优选为100℃～160℃，压力优选为50kpa～180kpa，时间优选为20min～240min。本发明采用上述热压处理，能够使芯材压缩5％～20％，有利于保证产品整体性能优异(既给上下表面施压，增强粘接效果，又能保留芯材的蓬松效果，不损失它的隔热效果)。

本发明冷却后得到防火隔热板；优选还包括：

对得到的防火隔热板进行边缘修整或者形状切割。

本发明采用复合材料工艺制作板材，增强织物或薄膜经阻燃树脂浸润或涂刷，覆盖在芯材上下表面，通过固化或者共固化，形成三层一体的三明治结构板材；其中，增强材料可以是碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、或其他符合阻燃要求的高聚物纤维织物和无纺布，也可以是聚酰亚胺薄膜、聚醚醚酮薄膜、硅胶薄膜、铝箔、不锈钢箔等高聚物或金属薄膜；其中，增强材料可以提前固化为板材、加工为预浸料或手糊浸润；树脂可以是液态树脂或预浸料状态；本发明提供的制备方法采用树脂膜，使表层和芯材之间的树脂用量非常均匀，有效的降低了整体用量，降低了产品重量，并且保持芯材的原有状态，几乎不损失它的隔热效果；通过树脂膜中包含的玻纤无纺布，起到上下连接的作用，增加了夹芯结构的剥离强度，同时降低了有机物挥发(VOC)，更加环保；此外，本发明还可以通过增加增强织物的层数或厚度来实现更高的强度，也可以通过在一面或双面添加蜂窝板或泡沫板增强隔热隔音效果和强度。

本发明提供了一种防火隔热板，包括：气凝胶芯材层；复合在所述气凝胶芯材层上下两面的增强层；覆盖所述气凝胶芯材层边缘的树脂封边层；所述增强层通过阻燃树脂与所述气凝胶芯材层复合。与现有技术相比，本发明提供的防火隔热板以气凝胶为芯材，采用特定层结构，并在特定连接关系下，实现整体较好的相互作用；产品表面形成致密坚固有韧性的复材表皮，增加强度的同时赋予产品更强的隔热和隔音效果，并且可以加工出复杂的平面形状和三维形状；并且，本发明提供的防火隔热板具有树脂封边层，可以实现边缘不漏粉，整体更加适合精密设备内部的隔热。

此外，与现有的夹层复合气凝胶材料相比，本发明更注重表面质量，包括板材的厚度公差、表面平整度；现实意义是：美观，可作为内饰材料；精确，可以安装到空间有限的地方；比如，新能源电池内部隔热。

另外，本发明提供的制备方法采用树脂膜，使表层和芯材之间的树脂用量非常均匀，有效的降低了整体用量，降低了产品重量，并且保持芯材的原有状态，几乎不损失它的隔热效果；通过树脂膜中包含的玻纤无纺布，起到上下连接的作用，增加了夹芯结构的剥离强度，同时降低了有机物挥发(VOC)，更加环保。

本发明提供的产品的应用方向，主要是交通工具，隔热隔音和防火阻燃，目前航空领域的防火墙结构以钢板，钛板为主，其缺点在于防火功能足够而完全没有隔热功能；其他传统的防火材料，如岩棉，玻纤棉等，有飞絮污染，易吸水增重，隔热效果不足，需要额外结构支撑等缺陷。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的树脂膜由山东鼎晟或蚌埠天宇提供，具体种类为F35热熔酚醛树脂膜和FB酚醛树脂膜，常温下，树脂流动性<10％，树脂含量75wt％以上，载体为玻纤无纺布(树脂膜中的玻纤/碳纤增强层，可以在芯材的主体纤维和表层的纤维布之间形成有效的连接结构，使表层的贴合效果大大优于传统工艺)；所用的气凝胶芯材由浙江纳诺或美国ASPEN提供，具体种类为FMD450/FMB350或XT/XTF，厚度为3mm～10mm，气凝胶的含量大于等于30wt％；所用的胶与树脂膜所用树脂为同一种材料，由于树脂流动性很低，采用无水酒精作为有机溶剂对其进行稀释(30％溶剂)，形成树脂胶。

实施例1

本发明实施例1提供的防火隔热板的结构示意图(爆炸图)参见图3所示。

具体制备过程如下：

(1)将200g/m²的树脂膜(参见图4所示)覆盖到玻纤布上，位于气凝胶芯材下表面的玻纤布上覆盖2层树脂膜(最终2层树脂膜均在芯材和增强层之间)，并将树脂膜裁剪成30mm宽度，贴在玻纤布的边缘，增强边缘的粘接强度，将树脂膜裁剪成边长80mm见方，贴在玻纤布的中心位置，参见图5所示；位于气凝胶芯材上表面的玻纤布上下两面各覆盖1层树脂膜(最终1层树脂膜在芯材和增强层之间，另1层在产品上表面)，靠气凝胶芯材一侧的树脂膜边缘贴上述30mm宽度的树脂膜，中心位置贴上述边长80mm见方的树脂膜。

(2)按照图3所示，在气凝胶芯材中心位置涂胶，直径60mm左右，然后将步骤(1)贴好树脂膜的玻纤布覆盖到气凝胶芯材上下两面，铺好后再在气凝胶芯材四个边缘刷胶，得到预制件；由于所述胶采用酒精作为有机溶剂稀释而成，能够轻易浸润疏水性的气凝胶芯材，浸润的宽度为5mm～10mm(参见图6～7所示)；

上述刷胶的过程也可通过浸胶的方式代替(参见图8所示)；

此外，理想的封边方式是：利用一种能够常温下快速固化的阻燃材料进行封边(如航空领域常用的Momentive的RTV88双组分硅胶)，但是和隔热板的粘接效果还没有验证；目前，本发明通过实验淘汰的封边方式包括：①边缘贴条密封，缺陷是密封条容易掉落(参见图9所示)；②边缘用胶膜包裹，缺陷是不易操作，且芯材压缩后包裹不紧(参见图10所示)。

(3)在步骤(2)得到的预制件上下表面铺设脱模布(参见图11所示)，放入热压机中，对热压机的上下台面的间隙公差要求是0.1mm；然后在预制件外围放上限高框(图12所示)，保证上下的间隙不超过预设(限高框高度)；采用上下闭合模具(图13为下模模腔，图14为预制件装模)，放入热压机合模(参见图15所示)进行加热，按树脂的固化条件加热到130℃，保持70分钟，精准控制机器的压力为78kpa，将气凝胶芯材压缩10％(选择压缩这个厚度的作用是：给上下表面施压，增强粘接效果，同时还能保留气凝胶芯材的蓬松效果，不损失它的隔热效果)，冷却后取出，进行边缘修整或形状切割，得到防火隔热板。

参见图16所示，中心位置有较大尺寸通孔(孔径30mm；而小的安装孔，一是尺寸小，二是开孔以后会有紧固件穿过，对孔的切面形成封闭，所以几乎不会漏粉)的地方，在步骤(1)“中心位置贴上述边长80mm见方的树脂膜”进行树脂膜增强，以及在步骤(2)对该开孔位置的气凝胶芯材进行浸胶处理，孔径30mm，浸润直径50mm，因此开孔后不会漏粉，具有较好的密封效果；开孔后的密封效果和无密封的对比参见图17所示。

此外，产品的封边效果参见图18所示，其中，下层为边缘修整后裸出部分芯材的情况。

经检测，本发明实施例1提供的防火隔热板板材整体满足CCAR25.1193(e)(3)防火实验要求(CCAR：中国民航局；根据CCAR25.1193(e)(3)定义，“防火”：材料或者组件能够在“防火”指材料或组件承受如下条件的能力：承受2000℉(+1100℃)的火焰至少15分钟，而仍能完成它的设计目标或预期功能)，同时满足CCAR25.853(a)阻燃性能、CCAR25.853(d)烟密度实验及ABD0031毒性实验要求，且有机物成分-树脂满足环保要求。

此外，在本发明模拟CCAR25.1193(e)(3)进行的防火实验过程及效果参见图20～23所示；其中，待测样品为实施例1提供的尺寸为300mm×300mm的防火隔热板；图20为使用1100℃火焰持续喷射到隔热板上的示意图；图21为12分钟时测量隔热板背面温度为231℃的示意图；图22为15分钟后板材结构保持完整仅迎火面增强层有破损的示意图；图23为隔热板背面增强层完好无破损的示意图。

另外，本发明提供的防火隔热板相比传统板材，可以制成曲面、双曲面等形状，通过模具控制可以实现表面平整光滑，三明治和复合材料结构使板材的强度在同样重量下优于传统隔热板材，并且可以现场开孔。

并且，封边工艺利用芯材的蓬散结构，使用和树脂膜同类/相似树脂进行浸润，固化后上下面层和边缘形成一体，粘接效果优于其他方式，此外在板材边缘额外布置一定宽度的树脂膜，进一步增强边缘部分的粘接效果；同时所采用的封边工艺将上下纤维层和树脂膜固化形成一定宽度的沿，并完全将芯材包裹和固定到内部。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。