專利名稱：一種隔熱復(fù)合膜、制備及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能復(fù)合材料領(lǐng)域，為高性能熱隔絕柔性復(fù)合膜材及其制備與應(yīng)用技術(shù)。
背景技術(shù)：
膜科學(xué)技術(shù)自50年代以來發(fā)展迅速，現(xiàn)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，成為結(jié)構(gòu)與功能材料的一個(gè)分支。就膜科學(xué)技術(shù)的基本問題與應(yīng)用而言，是膜材料或膜結(jié)構(gòu)與功能材料。由于膜結(jié)構(gòu)材料的柔韌性好、重量輕、可復(fù)合性強(qiáng)，可以將剛性材料變?yōu)槿嵝圆牧?，可以高效和有針對性地利用材料，因此近些年來，在此領(lǐng)域中的新材料、新技術(shù)、新工藝不斷出現(xiàn)，相關(guān)的基礎(chǔ)性和應(yīng)用基礎(chǔ)性研究亦多有進(jìn)行，這極大地拓展了膜材料在苛刻條件下的適用性和使用。
以往的性能單一與低下的單層聚合物膜已較多地被多層或多層復(fù)合膜替代。多層復(fù)合膜能充分利用其各層的特點(diǎn)，控制層間的作用與功能，彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，從而得到設(shè)計(jì)或應(yīng)用所需的功能和結(jié)構(gòu)。
人類生活、工作、探險(xiǎn)和外層空間的活動(dòng)需要防護(hù)，尤其是對光、熱或相互輻射的防護(hù)。這種防護(hù)的基本要求是輕質(zhì)、柔軟、無行動(dòng)障礙、無冗余重量和阻力負(fù)擔(dān)，而且是有效、高效地防護(hù)。對于這一專門化的應(yīng)用膜材料，近年來有較多的研究與專利。如日本人申請的隔熱復(fù)合層(Nedzu Shigeru，Heat-resistantcomposite sheet and container formed of the same，USP No.4943459，July24，1990，Polyplastics Co.，Ltd.)，此發(fā)明所述的隔熱復(fù)合層為泡沫聚苯乙烯層和聚對苯二甲酸丁二酯樹脂膜，或者為泡沫聚苯乙烯層、聚苯乙烯樹脂膜和聚對苯二甲酸丁二酯樹脂膜復(fù)合而成，其中，聚對苯二甲酸丁二酯樹脂膜壓延成單獨(dú)一層，適宜做外表層，整體厚度為0.5～7mm，其中，聚對苯二甲酸丁二酯樹脂膜的厚度為5～200μm。該隔熱復(fù)合層用于微波爐的隔熱容器，且對食物的味道無影響，容器經(jīng)烹飪后，具備優(yōu)良的隔熱性能。再如日本人申請的成形熱絕緣體(Kyutoku Hirofumi，Kitano Kimio，Hamada Kengo，Yamamoto Koichi，YoshikawaTakahiko.Formed thermal insulator and process for preparation of same，USPNo.5242723，Sempemter 7，1993，Osaka Gas Company，Ltd.，Nikko Kasei Co.，Ltd.)，該發(fā)明所述的熱絕緣體是由螺旋卷繞的碳纖維層和層間經(jīng)碳化樹脂粘結(jié)形成的管狀熱絕緣體。該熱絕緣體的體積密度從內(nèi)到外逐漸減小，在0.08～0.5g/cm3范圍之間；纖維層的厚度沒有明確限定，通常在5～20mm范圍內(nèi)，耐熱溫度至少為650℃。當(dāng)體積密度為0.03～0.08g/cm3耐熱溫度為1,500℃；而當(dāng)體積密度增大到0.14～0.4g/cm3，耐熱溫度最高可達(dá)2,500℃。該熱隔絕體主要應(yīng)用在真空熔爐領(lǐng)域。還有日本人申請的復(fù)印層(Nagafuchi Kazumasa，Copying sheet，USPNo.6203874，March 20，2001，Kisokaseisangyou Co.Ltd.)，此發(fā)明所述的復(fù)印層由印刷膜和基膜構(gòu)成，由泡沫聚酯膜構(gòu)成。印刷膜外表面帶有消光物質(zhì)涂層和抗靜電涂層，消光物質(zhì)包含的Si顆粒的平均粒徑小于5μm，消光層厚度為0.5～10μm，印刷層里表面粘附基膜，基膜表面帶有消光物質(zhì)涂層和抗靜電涂層，消光物質(zhì)包含的Si顆粒的平均粒徑在3～10μm之間，厚度為7～15μm，可兩層或多層重疊使用，復(fù)印層的整體厚度為75μm左右。該復(fù)印層在相對長時(shí)間、較高溫度下，不會(huì)發(fā)生卷曲和收縮。另外，國內(nèi)的專利如防水隔熱膜(李丹之，陳華君，防水隔熱阻燃復(fù)合膜，專利(申請)號02136922.4，2002.09.10)，它由聚酯薄膜、金屬膜層、金屬氧化物層、阻燃層、玻璃纖維層經(jīng)強(qiáng)力膠粘結(jié)組合而成。其防水性能極佳，隔熱、阻燃性能優(yōu)越，而且燃燒時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生鹵素之類毒氣和濃煙，機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)于目前同類產(chǎn)品，而且使用壽命長，可廣泛用于房屋建筑、高速公路和鐵路的路基之上。
從已有的專利技術(shù)可以看出，現(xiàn)有的隔絕膜材料不僅厚度太厚，而且功能單一。同時(shí)，作為熱隔絕用途的性能不高、特征不明確或不明顯，甚至不是用于熱隔絕。而實(shí)際應(yīng)用中已提出對高、低溫環(huán)境下保持柔性、質(zhì)地輕薄材料的需求，如空間技術(shù)、探險(xiǎn)、運(yùn)動(dòng)、特殊工程等。本發(fā)明針對這一應(yīng)用需求和材料特征，提出運(yùn)用多層組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備隔熱功能復(fù)合膜，并從材料的接觸阻熱、熱反射和傳導(dǎo)隔熱，以及膜本身的力學(xué)穩(wěn)定性出發(fā)，解決超薄柔性膜的隔熱功能與效果，高柔性和耐熱性。本專利主要應(yīng)用領(lǐng)域是人類生活、工作、探險(xiǎn)、外層空間等活動(dòng)中的防護(hù)，尤其是對運(yùn)動(dòng)條件下的光、熱輻射和傳導(dǎo)的防護(hù)。材料的主要特征是輕質(zhì)、柔軟、無行動(dòng)障礙、無冗余重量和阻力負(fù)擔(dān)的高效的防護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種絕熱效果優(yōu)良、輕質(zhì)、柔軟的復(fù)合膜。
本發(fā)明的目的還提供一種上述隔熱復(fù)合的制備方法。
本發(fā)明的另一目的是提供上述隔熱復(fù)合膜的用途。
本發(fā)明的原理是通過設(shè)計(jì)由高聚物膜和金屬層復(fù)合而成的4層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜。以高聚物基膜作為增強(qiáng)部分隔熱；以與基膜直接復(fù)合的金屬膜作為反射輻射熱層；以氧化多孔的金屬層作為后續(xù)的隔熱層；以外覆高聚物膜作為減少膜間接觸、部分再隔熱和能與其他膜熱粘合或粘合劑粘合的功能外覆膜；以此四層復(fù)合而成的隔熱膜作為基本獨(dú)立單元；以及以多層復(fù)合膜形成的多級組合熱防護(hù)或隔絕體系。同時(shí)復(fù)合膜具有自吸熱少、損傷小、耐熱性高、力學(xué)性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。此多層復(fù)合膜面向熱源的次序?yàn)楦邚?qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)的高聚物基膜、高反射性能的金屬層、高隔熱性的氧化金屬層和低導(dǎo)熱性可粘合的高聚物外覆膜。可由此單一復(fù)合膜或多層復(fù)合膜層合構(gòu)成系統(tǒng)、高效、輕質(zhì)、柔軟的熱防護(hù)體系及實(shí)現(xiàn)熱隔絕功能。
本發(fā)明的復(fù)合膜的主要結(jié)構(gòu)與作用為四部分高強(qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)的高聚物基膜、高反射性能的金屬層、高隔熱性的氧化金屬層和低導(dǎo)熱性可粘合的高聚物外覆膜，一般厚度為12～30μm，還可多層復(fù)合，該復(fù)合膜的整體厚度為12～1000μm。
a.高強(qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)高聚物基膜為高性能的滌綸、錦綸、丙綸或聚四氟乙烯膜，為致密不透氣膜，為目前商業(yè)化的性能優(yōu)良、質(zhì)地均勻的高聚物膜。
b.高反射性能的金屬層為金、鋁或鋁合金鍍層，利用高致密性的金屬鍍層對光、熱輻射的高反射性能，反射輻照熱源熱量，實(shí)現(xiàn)反射隔熱功能。
c.高隔熱性的氧化金屬層為鋁或鋁合金氧化鍍層，疏松多微觀尺寸微孔的特征，隔絕熱傳導(dǎo)能量。
d.低導(dǎo)熱性可粘合的高聚物膜為高性能滌綸、錦綸、丙綸或聚四氟乙烯膜，為致密不透氣外表面粗糙的高聚物外覆膜，其主要作用為外覆保護(hù)金屬層、最后再隔熱和低接觸導(dǎo)熱，并可熱粘合，或便于粘合劑粘合，實(shí)現(xiàn)熱隔絕的作用。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的隔熱復(fù)合膜的4層結(jié)構(gòu)是高強(qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)的高聚物基膜1、高反射性能的金屬層2、高隔熱性的氧化金屬層3和低導(dǎo)熱性可粘合的高聚物外覆膜4，其面按此次序向著熱源，見附

圖1。
本發(fā)明膜的制備是通過對壓延成形的高聚物膜上，蒸發(fā)鍍極薄的致密金屬層；再鍍極薄的疏松金屬層，然后施之氧化，或直接氧化蒸發(fā)鍍此金屬層；最后與壓延聚合物膜或淋高聚物膜復(fù)合，制成該隔熱復(fù)合膜。隔熱復(fù)合膜的制備程序?yàn)榛?成形→鍍反射金屬層2層→鍍隔熱金屬層3層→粘合外覆膜4→隔熱復(fù)合膜。
a.高強(qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)高聚物基膜1為可采用壓延方法成形的高性能滌綸、錦綸、丙綸或聚四氟乙烯膜，其厚度一般為6～800μm，膜的主要作用是增強(qiáng)、初級隔熱和密閉，是整個(gè)復(fù)合膜的力學(xué)耐用性材料。膜的溫度適用性在-150℃～120℃。
b.高反射性能的金屬層2為采用蒸發(fā)法鍍層的金、鋁或鋁合金致密鍍層，鍍層的厚度一般在10nm～120nm。
c.高隔熱性的氧化金屬層3為鋁或鋁合金氧化層，采用蒸發(fā)法鍍極薄的疏松金屬層，然后施之氧化，或直接采用氧化蒸發(fā)的方法鍍此金屬層，厚度為20～150nm。
d.低導(dǎo)熱性可粘合的高聚物外覆膜4為采用壓延高聚物膜熱壓復(fù)合或淋高聚物膜的方法制成，且外表面經(jīng)粗糙化處理，所述外覆膜的厚度一般為5～300μm，并可粘合。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下優(yōu)點(diǎn)a.復(fù)合膜的構(gòu)成簡單，由兩面為高聚物膜中間為兩層金屬層復(fù)合而成，增加了隔熱功能層。
b.復(fù)合膜功能合理、完整，兩表面的高聚物膜可形成低接觸導(dǎo)熱，且柔軟、耐熱、穩(wěn)定并有隔熱功能；中間所夾的金屬層為高反射性和高隔熱性的隔熱，能形成多級、多功能的熱輻射和熱傳導(dǎo)的隔絕。
c.復(fù)合膜本身為密閉不透氣材料，可實(shí)現(xiàn)熱對流隔絕的作用。
d.復(fù)合膜很薄，一般為12～30μm，可多層復(fù)合膜組合，隔熱性能優(yōu)良、輕薄柔軟，可用于各種隔熱材料的襯層、主基膜或單獨(dú)使用。
附圖配明圖1隔熱復(fù)合膜層狀結(jié)構(gòu)示意中1-高強(qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)的高聚物基膜2-高反射性能的金屬層3-高隔熱性的氧化金屬層4-低導(dǎo)熱性可粘合的高聚物外覆膜
具體實(shí)施例方式通過以下的實(shí)例有利于理解本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
實(shí)施例一采用本發(fā)明的隔熱復(fù)合膜是用12μm的壓延成形滌綸膜，在其上蒸發(fā)鍍38nm～42nm厚的致密鋁層，然后采用有氧環(huán)境中的較大顆粒鋁金屬粒子的蒸發(fā)鍍層，鍍層厚度為28nm～32nm，最后采用10μm的熔融溫度稍低于基膜的滌綸壓延膜與金屬鍍層的基膜壓延復(fù)合成高聚物夾金屬層的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合膜，其結(jié)構(gòu)示意見附圖1。所形成的復(fù)合膜厚度僅為21.8～21.9μm，而導(dǎo)熱系數(shù)相對一般商品化的兩層復(fù)合膜(滌綸膜24μm+鍍鋁層40nm～45nm)，以及三層復(fù)合鋁膜(滌綸膜12μm+鋁層38nm～42nm+滌綸膜12μm)具有明顯的隔熱效果，其導(dǎo)熱系數(shù)的見表1所示。
表1單層隔熱復(fù)合膜導(dǎo)熱系數(shù)與商品化復(fù)合膜的對比

將上述三種復(fù)合鋁膜以5層疊放、平置，不加任何折皺，測該多層復(fù)合鋁膜的導(dǎo)熱系數(shù)，其結(jié)果如表2所示。
表25層滌綸/鋁復(fù)合膜的導(dǎo)熱系數(shù)值

實(shí)施例二采用與實(shí)例一相同的基膜和金屬鍍層，而外覆改性滌綸淋膜，該膜的熔融溫度為200～210℃，厚度為6～7μm，所制成的復(fù)合膜相對實(shí)施例一的復(fù)合膜，更易進(jìn)行膜間的熱粘合加工。其整體平均厚度實(shí)測為18.3～18.4μm，實(shí)測的導(dǎo)熱系數(shù)與實(shí)施例一的對比如表3。顯然，淋膜隔熱更優(yōu)，其原因?yàn)樵搶幽さ谋砻鏋榇植谳^大、結(jié)構(gòu)較松的原故，尤其是在多層復(fù)合膜組合時(shí)。
表3淋膜復(fù)合膜與壓延復(fù)合膜的導(dǎo)熱系數(shù)對比表

權(quán)利要求
1.一種隔熱復(fù)合膜，其特征在于由次序?yàn)槠鹬巫饔玫母邚?qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)高聚物基膜、起熱反射作用的高反射性能金屬層、起隔熱或絕熱作用的高隔熱性氧化金屬層和為防止復(fù)合膜間接觸的低導(dǎo)熱性可粘合高聚物膜組成。
2.按照權(quán)利要求所述的一隔熱復(fù)合膜，其特征是所述膜的整體厚度為12～1000μm。
3.按照權(quán)利要求所述的一隔熱復(fù)合膜，其特征是所述的復(fù)合膜的高聚物在膜面向著熱源。
4.按照權(quán)利要求1所述的隔熱復(fù)合膜，其特征在于所述的高聚物基膜為高性能滌綸、錦綸、丙綸和聚四氟乙烯膜，為壓延成形的薄膜。
5.按照權(quán)利要求1所述的隔熱復(fù)合膜，其特征在于所述的金屬層為金、鋁或鋁合金蒸發(fā)鍍層。
6.按照權(quán)利要求1所述的隔熱復(fù)合膜，其特征在于所述的氧化金屬層為鋁或鋁合金的氧化層。
7.按照權(quán)利要求1所述的隔熱復(fù)合膜，其特征在于所述的低導(dǎo)熱性可粘合高聚物是滌綸、錦綸、丙綸或聚乙烯膜，。
8.按照權(quán)利要求1所述的隔熱復(fù)合膜的制備，其特征在于是通過對壓延成形的高聚物膜蒸發(fā)鍍極薄的致密金屬層；再鍍極薄的疏松金屬層，然后施之氧化，或直接經(jīng)氧化蒸發(fā)鍍此氧化金屬層；最后與壓延或淋高聚物膜復(fù)合，制成隔熱復(fù)合膜；所述的致密金屬層厚度為10nm～110nm，氧化層的厚度為20nm～150nm。
9.按照權(quán)利要求1所述的隔熱復(fù)合膜的制備，其特征是所述的氧化鋁或氧化鋁合金層是在高溫蒸發(fā)下或等離子體濺射下鍍層，或?qū)︿X或鋁合金直接氧環(huán)境下鍍層，或氧化處理完成。
10.按照權(quán)利要求1所述的隔熱復(fù)合膜，其特征在于可用于制備各種柔性隔熱材料的襯層、基層，亦可多層組合使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隔熱復(fù)合膜、制備方法與用途，其結(jié)構(gòu)是由高強(qiáng)低導(dǎo)熱系數(shù)的高聚物基膜、高反射性能的金屬層、高隔熱性的氧化金屬層和低導(dǎo)熱性可熱粘合的高聚物外覆膜復(fù)合而成，所述復(fù)合膜一般厚度為12～30μm，還可多層復(fù)合，該復(fù)合膜的整體厚度為12～1000μm。在壓延成形的高聚物膜上蒸發(fā)鍍覆極薄的致密金屬層，再鍍極薄較疏松的金屬層，然后施之氧化，或直接經(jīng)氧化蒸發(fā)鍍此金屬層，最后與壓延或淋高聚物膜，制成該隔熱復(fù)合膜。該膜隔熱性能優(yōu)良，輕薄柔軟，可用于各種柔性隔熱材料的襯層、主基膜和單獨(dú)使用。
文檔編號B32B27/00GK1672921SQ200510024710
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者于偉東, 黃鶴, 袁琴華, 朱泉 申請人:東華大學(xué)