專利名稱：碳泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于以下應(yīng)用的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)板，該應(yīng)用包括
屋頂、地板、墻、門(mén)和其它結(jié)構(gòu)的建筑構(gòu)造，其中高的強(qiáng)度與密度比 和改善的阻燃特性是有用的。更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及碳泡沫在結(jié)構(gòu) 絕緣板中的用途，該結(jié)構(gòu)絕緣板高度耐熱、濕和其它環(huán)境應(yīng)力，同時(shí) 維持極高的壓縮強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
許多住宅單元的結(jié)構(gòu)由木材材料和金屬釘?shù)慕M合建造。在 結(jié)構(gòu)框架的建造之后，安裝絕緣材料如玻璃纖維絕緣層以控制從住宅 外部至內(nèi)部的熱傳導(dǎo)。也使用經(jīng)常包含石膏板的內(nèi)部嵌板，以維持外 墻和內(nèi)表面之間的玻璃纖維絕緣層的放置。雖然該類型的建筑結(jié)構(gòu)可 較好地理解和具有足夠的強(qiáng)度，但該方法既緩慢又是勞動(dòng)密集的。此 夕卜，這些結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境應(yīng)力如濕氣或昆蟲(chóng)維持差的絕緣性和抗性。因此， 結(jié)構(gòu)絕緣板(SIPs)用作結(jié)構(gòu)建筑材料已經(jīng)獲得普及。外部的高強(qiáng)度層 基本上附接至絕緣內(nèi)層，產(chǎn)生具有強(qiáng)度和絕緣性兩者的夾層。例如， Sm池的美國(guó)專利第4,163，349號(hào)公開(kāi)了絕緣建筑物，但該絕緣建筑物沒(méi) 有足夠的絕熱性。 Hardcastle等(美國(guó)專利第4,42S,:396號(hào))公開(kāi)了包含合成有 機(jī)聚合物泡沫的絕緣板，該合成有機(jī)聚合物泡沫包含由多個(gè)熱塑性塑 料片組成的保護(hù)性風(fēng)化層。 Cahill (美國(guó)專利第6,656,858號(hào))描述了由約0.5-3磅/立方英 尺的低密度層和聚合物結(jié)構(gòu)的第二、增強(qiáng)層組成的輕質(zhì)層壓墻。這些 結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)的，具有低的抗?jié)裥裕瑵M足建筑規(guī)范關(guān)于橫向風(fēng)載荷的要求。 Porter (美國(guó)專利第6,599,621號(hào))描述了具有高強(qiáng)度和防火 和特別防水和濕度變化的SIP。該公開(kāi)的結(jié)構(gòu)包含內(nèi)部絕緣芯，該內(nèi)部 絕緣芯在一個(gè)表面上具有石膏纖維板，在第二表面上具有定向結(jié)構(gòu)刨 花板。優(yōu)選，該絕緣芯包含塑料泡沫如發(fā)泡聚苯乙烯或氨酯，該塑料 泡沫與石膏纖維板和定向結(jié)構(gòu)刨花板兩者粘合。 Porter (美國(guó)專利第6,588,172號(hào))描迷了將塑料浸漬紙的層 壓層摻入到SIP以增加板的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)使它防潮。典型地該層置于 石膏板和塑料泡沫芯之間，通過(guò)常規(guī)的粘合劑粘附。 Parker (美國(guó)專利第4,628,650號(hào))描述了包含泡沫芯的SIP， 該泡沫芯包含具有從泡沫芯邊緣突出的突出部分的層。設(shè)置該突出部 分以促進(jìn)相鄰SIPs之間的有效密封，提供更好的熱絕緣。另外，該板 的芯具有穿過(guò)用于放置托梁、大頭釘或椽的結(jié)構(gòu)的通道。 Clear (美國(guó)專利第6，079,175號(hào))描述了用于建筑結(jié)構(gòu)的粘 結(jié)材料SIP。將輕質(zhì)填充材料如底灰、水泥和水倒入兩個(gè)最外層肋狀物 的空間之間，據(jù)稱這為板和因此板包含的結(jié)構(gòu)提供絕緣、強(qiáng)度以及剛 度。該SIP的優(yōu)點(diǎn)為可在偏遠(yuǎn)地區(qū)或更貧瘠的地區(qū)構(gòu)建，因?yàn)樗鼧?gòu)建起 來(lái)相當(dāng)便宜。 Pease (美國(guó)專利笫6，725,616號(hào))制備絕緣混凝土墻體，該絕 緣混凝土墻體用附接至增強(qiáng)絕緣條的塊鑄造或構(gòu)建。該專利權(quán)人指 出，使用專利權(quán)人的將增強(qiáng)的硬質(zhì)泡沫固定至混凝土墻體表面的方法 制備絕緣墻體時(shí)，使用者將需要較少的時(shí)間和勞動(dòng)。 Pease (美國(guó)專利第6,892,507號(hào))描述用硬質(zhì)泡沫片制備SIP 的方法和裝置。硬質(zhì)泡沫片具有放置增強(qiáng)條的多個(gè)凹槽。然后用增強(qiáng) 片材將條和硬質(zhì)泡沫覆蓋和粘合，該片材提供結(jié)構(gòu)支撐和保濕性兩 者。不幸地是，先有技術(shù)制備的SIPs對(duì)于許多要求高強(qiáng)度包括 高壓縮強(qiáng)度值的結(jié)構(gòu)應(yīng)用無(wú)效。此外，所有先有技術(shù)要求保護(hù)的大多數(shù)SIPS不能有效抗燃燒或經(jīng)歷顯著炭化的高溫或明火。另外，先有技
術(shù)SIPs通常缺乏高的強(qiáng)度與密度比，使得這樣的SIPs不適于其中建筑
結(jié)構(gòu)需要的輕質(zhì)、絕緣并且堅(jiān)固的板的應(yīng)用。因此，希望具有低密度和期望的隔熱性質(zhì)的結(jié)構(gòu)板，其中 該板具有高強(qiáng)度和高強(qiáng)度與密度比，該高強(qiáng)度和高強(qiáng)度與密度比使碳 泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板可用于以下的結(jié)構(gòu)應(yīng)用包括屋頂、地板、門(mén)和墻。 的確已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不限于住宅建筑物、商業(yè)建筑物、飛行器或船舶 的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，包括高于先有技術(shù)考慮的強(qiáng)度與密度比和壓縮強(qiáng)度，以 及高于先有技術(shù)考慮的阻燃性的特性組合為必需的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供獨(dú)特地能夠用于要求高強(qiáng)度與密度比和/或高 燃燒或炭化抗性的應(yīng)用中的SIP。本發(fā)明的碳泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板顯示提供 迄今未見(jiàn)到的強(qiáng)度和相對(duì)輕質(zhì)特征的組合的密度、壓縮強(qiáng)度和壓縮強(qiáng) 度與密度比。另外，在從高濕度到嚴(yán)重低溫的其它環(huán)境條件下，碳泡 沫的碳素晶格產(chǎn)品在維持結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)抗炭化和燃燒兩者。此 外，可以期望的尺寸和構(gòu)型制備碳泡沫，對(duì)于結(jié)構(gòu)絕緣板的特定尺寸 來(lái)講可容易地才幾械加工。更詳細(xì)地講，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)碳泡沫板具有密度為約0.05-約 0.6克/厘米3(g/cc)、壓縮強(qiáng)度為至少約2000磅/英寸2(psi)(例如用ASTM C695測(cè)定)的碳泡沫芯。當(dāng)預(yù)定用于構(gòu)造應(yīng)用時(shí)，碳泡沫芯的重要特 征為可獲得高于7000 psi/g/cc的強(qiáng)度與密度比的強(qiáng)度與密度比。為了在整個(gè)板上一致的熱絕緣和強(qiáng)度特征，在縱向和沖黃向 上，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)碳泡沫板都應(yīng)具有相對(duì)均勻密度的碳泡沫芯。特別 是，為了提供要求的高壓縮強(qiáng)度該碳泡沫應(yīng)具有相對(duì)均勻的孔隙分 布，孔隙為相對(duì)各向同性的。此外， >談泡沫芯應(yīng)具有約65%-約95%， 更優(yōu)選約70%-約95%的總孔隙率，以形成碳泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板的最佳強(qiáng) 度與密度比。
為制備碳泡沫芯，最好在范圍可為約500。C，更優(yōu)選至少約 800。C至約3200。C的溫度下，在惰性或空氣排除的氣氛下將聚合物泡 沫塊特別是酚醛泡沫塊碳化，制備用于結(jié)構(gòu)碳泡沫板的碳泡沫。在加入外層之前，可用各種涂料處理碳泡沫芯以改善碳泡 沫SIP的總性能。例如，可將抗氧化涂料涂覆至碳泡沫以增加高氧化性 條件下的SIP壽命。另外，當(dāng)暴露于極端溫度時(shí)，也可將阻燃涂料涂覆 至碳泡沫芯以進(jìn)一步增加碳泡沫芯和因此SIP的完整性。因?yàn)檎w碳泡沫SIP通常設(shè)計(jì)為平面，因此碳泡沫芯的第一 外側(cè)面和第二外側(cè)面覆蓋有層。任選，外層之一層可由定向結(jié)構(gòu)刨花 板(stmndboard)(OSB)組成，而其他外層由各種石膏板組成。存在其它 外層，該其它外層包括但不限于各種熱塑性塑料、有機(jī)片材、纖維浸 漬物和復(fù)合板。應(yīng)將碳泡沫芯粘合至外層以構(gòu)造SIP。可通過(guò)使用材料如在 外層和碳泡沫芯之間產(chǎn)生化學(xué)相互作用的粘合劑或粘固劑進(jìn)行粘合。 這些材料包括碳泡沫應(yīng)用專用粘合劑和一般的粘固劑、膠粘劑或高溫 膠。任選可使用機(jī)械材料。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的為結(jié)構(gòu)碳泡沫板，該結(jié)構(gòu)碳泡沫 板具有確保它用作要求高強(qiáng)度與密度比的結(jié)構(gòu)應(yīng)用的特征。本發(fā)明的另一個(gè)目的為結(jié)構(gòu)板，其具有^P友泡沫芯結(jié)構(gòu)，該 結(jié)構(gòu)具有高足以用于高應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)用的壓縮強(qiáng)度。本發(fā)明的還另 一個(gè)目的為可以期望尺寸和構(gòu)型制備的結(jié)構(gòu) 絕緣板泡沫，其中碳泡沫芯可由機(jī)械加工或與其它類似的碳泡沫片結(jié) 合提供更大的結(jié)構(gòu)碳泡沫板。本發(fā)明的另一個(gè)目的為提供抗環(huán)境應(yīng)力的結(jié)構(gòu)絕緣板，該 環(huán)境應(yīng)力包括高濕度和嚴(yán)重的溫度波動(dòng)。本發(fā)明的還另 一個(gè)目的為提供結(jié)構(gòu)碳絕緣板，其中碳泡沫
6芯提供足夠的熱絕緣以在板的外部和板的內(nèi)部之間維持溫差。閱讀以下描述后，這些方面和其它方面對(duì)技術(shù)人員來(lái)講將 是顯而易見(jiàn)的，通過(guò)提供含有碳泡沫芯的結(jié)構(gòu)碳泡沫板，可實(shí)現(xiàn)這些 方面和其它方面，所述> 友泡沫芯的壓縮強(qiáng)度與密度比率為至少約7000 psi/g/cc，壓縮強(qiáng)度與密度比率尤其為至少約8000 psi/g/cc。本發(fā)明的 SIP具有碳泡沫芯，該碳泡沫芯的密度為約0.03 g/cc-約0.6 g/cc、更優(yōu) 選為約0.05g/cc-約0.15g/cc,壓縮強(qiáng)度為至少約2000psi，孔隙率為約 65%-約95%。此外，碳泡沫芯的熱傳導(dǎo)率為約0.06 W/mK-約0.3 W/mK。此外，可通過(guò)在惰性或空氣排除的氣氛下將聚合物泡沫制 品，尤其是酚醛泡沫碳化來(lái)制備碳泡沫芯。用于碳泡沫芯的酚醛泡沫 前體的壓縮強(qiáng)度應(yīng)優(yōu)選為至少約100 psi 。應(yīng)理解，上述一般描述和以下詳細(xì)描述提供本發(fā)明的實(shí)施 方案，并將提供對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特征理解的概觀或框 架。
附圖簡(jiǎn)述圖l為依照本發(fā)明實(shí)施方案的碳泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板的視圖。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式從聚合物泡沫，如聚氨酯泡沫或酚醛泡沫，優(yōu)選酚醛泡沫 制備依照本發(fā)明的碳泡沫芯的碳泡沫。酚醛樹(shù)脂為聚合物和低聚物的 大家族，其由基于苯酚和甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物的各種結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)存在酸 性或堿性催化劑時(shí)，通過(guò)苯酚或取代苯酚與醛、尤其是曱醛的反應(yīng)制 備酚醛樹(shù)脂。酚醛樹(shù)脂泡沫為由開(kāi)孔(cell)和閉孔組成的固化系統(tǒng)。該 ;樹(shù)脂通常為氫氧化鈉催化的水性曱階酚醛樹(shù)脂，其甲醛苯酚比率可 變化，但優(yōu)選為約2: 1。游離苯酚和甲醛含量應(yīng)為低含量，雖然尿素 可用作曱醛清除劑。通過(guò)調(diào)節(jié)樹(shù)脂的水含量和加入表面活性劑(例如乙氧基化非離子型表面活性劑)、發(fā)泡劑(例如戊烷、二氯曱烷或氯氟烴)和催化 劑(例如曱苯磺酸或苯酚磺酸)制備泡沫?；撬岽呋磻?yīng)，而放熱引起 發(fā)泡劑在樹(shù)脂中乳化，以使泡沫蒸發(fā)和膨脹。表面活性劑控制孔尺寸 和開(kāi)孔單元與閉孔單元的比率。采用間歇過(guò)程和連續(xù)過(guò)程兩者。在連 續(xù)過(guò)程中，機(jī)器類似于連續(xù)聚氨酯泡沫使用的機(jī)器。泡沫的性質(zhì)主要 取決于密度和孔結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的苯酚為間苯二酚，然而，也可使用能夠與醛形成縮 合產(chǎn)物的其它類苯酚。這樣的苯酚包括一元酚和多元酚、鄰苯二酚、
對(duì)苯二酚、烷基取代的苯酚例如曱酚或二曱苯酚；多環(huán)一元酚或多元
酚，例如萘酚、對(duì),對(duì)'-二羥基聯(lián)苯(p,p'-dihydrexydiphenyl)二曱基甲烷
或輕基蒽。用于制備泡沫起始原料的苯酚也可用于與能夠以如苯酚一 樣的方式與酪反應(yīng)的^夂酚類化合物混合。優(yōu)選的用于溶液的醛為曱醛。其它合適的醛包括將以同樣 的方式與苯酚反應(yīng)的那些酪。這些醛包括例如乙醛和苯曱醛。—般而言，可用于本發(fā)明的方法的苯酚和醛為美國(guó)專利第 3,960,761和5,047,225號(hào)中描述的那些，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合到本 文中。任選為增加抗氧化性，可通過(guò)只用于改善碳泡沫抗氧化性 的化合物特定包含物產(chǎn)生本發(fā)明的SIP的碳泡沫芯。這樣的固體氧化抑 制添加劑包括磷酸銨、磷酸鋁、磷酸鋅或硼酸。氧化抑制添加劑的另
外的特征為可在碳泡沫制備的樹(shù)脂制備階段或酚醛泡沫形成階段期 間加入該添加劑。使用任一方法，最后的酚醛泡沫碳化引起磷或硼保 留在碳泡沫結(jié)構(gòu)內(nèi)部，降低碳泡沫的氧化率。特別是，最后的碳泡沫 產(chǎn)品中保留的約0.01%-約0.5°/。重量的磷或硼降低氧化率超過(guò)50%?；蛘?，在碳化過(guò)程完成之后但在SIP中集成之前，可用氧化 -抑制劑處理碳泡沫產(chǎn)品。優(yōu)選的方法為用^^磷材料如磷酸銨、磷酸、 石粦酸鋁或^^粦酸鋅的水溶液浸漬,友泡沫，然后熱處理至約500。C以同時(shí)去除水和將磷固定至碳。另外，可將水溶性硼化合物如硼酸引入上迷 方法以產(chǎn)生抗氧化性碳泡沫產(chǎn)物。在碳泡沫芯的制備中用作起始原料的聚合物泡沫應(yīng)具有反 映待形成的碳泡沫期望的最終密度的初始密度。換句話說(shuō)，聚合物泡 沫的密度應(yīng)為約0.03 g/cc-約0.6 g/cc,更優(yōu)選約0.05 g/cc-約0.4 g/cc，最 優(yōu)選約0.05 g/cc-約0.15 g/cc。聚合物泡沫的孔結(jié)構(gòu)應(yīng)接近約65%-約 95%的孔隙率和相對(duì)高的壓縮強(qiáng)度，即大約為至少約IOO psi，和高至 約300 psi或更高。為了將聚合物泡沫轉(zhuǎn)變?yōu)樘寂菽?，在惰性或空氣排除的?氛例如在氮?dú)獯嬖诘那闆r下，通過(guò)加熱至約500。C、更優(yōu)選至少約 800°C、最高達(dá)約3200。C的溫度，將泡沫碳化。應(yīng)控制加熱速率，以 便在幾天的時(shí)間內(nèi)使聚合物泡沫達(dá)到期望的溫度，.因?yàn)樵谔蓟陂g聚 合物泡沫可收縮多達(dá)約50%或更多。為了有效的碳化，應(yīng)小心以確保 聚合物泡沫片的均勻加熱。通過(guò)使用在惰性或空氣排除的氣氛下加熱的聚合物泡沫， 獲得非石墨化玻璃碳泡沫，其具有起始聚合物泡沫的近似密度，但壓 縮強(qiáng)度為至少約2000 psi，且強(qiáng)度與密度比顯著地為至少約7000 psi/g/cc，更優(yōu)選至少約8000 psi/g/cc。 ^談泡沫具有相對(duì)均勻分布的各 向同性孔隙，該孔隙的平均長(zhǎng)寬比為約1.0-約1.5。通過(guò)使用不同密度前體材料，制備用于本發(fā)明SIP的碳泡沫 芯的 一 系列碳泡沫。該產(chǎn)品的性質(zhì)列于下面?，F(xiàn)在參考

圖1，該圖顯示依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案具有碳 泡沫芯12的SIP 10局部側(cè)-現(xiàn)圖。碳泡沫芯12和SIP IO通常為平面的，雖然可構(gòu)造滿足各種 規(guī)格。任選通過(guò)機(jī)械加工或才莫塑，碳泡沫芯12可為彎曲的或具有圓形邊緣以最好地適合期望的結(jié)構(gòu)應(yīng)用。 SIP 10包括位于碳泡沫芯12的相對(duì)外表面的第一外層14和 第二外層16。如同碳泡沫芯12和SIP IO—樣，笫一外層14和第二外層 16都可具有用于期望應(yīng)用的各種形狀。第一外層14和第二外層16可包 含相似的或完全不同的材料，取決于SIP的特定結(jié)構(gòu)應(yīng)用。這些材料包 括典型的構(gòu)造材料如夾板、定向結(jié)構(gòu)刨花板、干墻、石膏、粘固劑復(fù) 合材料、木材復(fù)合材料或各種其它剛性有機(jī)或無(wú)機(jī)構(gòu)造板。此外，第 一外層14和第二外層16也可為上述材料的浸漬物或包括熱塑性塑料、 樹(shù)脂、碳復(fù)合材料、陶瓷復(fù)合材料或各種其它人工產(chǎn)生的材料。在要 求顯著剛性或耐磨性的特定結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，可使用各種金屬化合物以包 含第一外層14和第二外層16兩者。在飛行器制造的情況中，這些層可 包括環(huán)繞碳泡沫芯12的薄金屬皮，或在剛性船舶的情況中，外層14和 外層16可包括硬化的金屬?gòu)?fù)合材料。顯然，第一外層14和第二外層16 的選擇將基于特定SIP IO的必要拉伸強(qiáng)度和阻燃性質(zhì)。此外，第一外 層14和第二外層16可為兩種不同的材料，其中SIP IO的使用需要這樣 的性質(zhì)。例如在住宅建筑物結(jié)構(gòu)中，第一外層14可由相當(dāng)不受環(huán)境應(yīng) 力影響的熱塑性塑料組成，而第二外層16可為石膏板或住宅建筑物內(nèi) 部更常見(jiàn)的美觀的嵌板?？砂鈱?4和16之一或兩者的其它材料包 括但不限于以下材料紙、加強(qiáng)的紙復(fù)合材料、定向結(jié)構(gòu)刨花板、纖 維板、干墻、石膏、石膏復(fù)合材料、木材、木材復(fù)合材料、夾板、熱 塑性塑料、塑料復(fù)合材料、樹(shù)脂、金屬、金屬合金、金屬?gòu)?fù)合材料及 其組合。在另外的實(shí)施方案中，將膨脹石墨的壓縮顆粒片摻入至 SEP,處于與碳泡沫芯接觸的位置。這些石墨片可位于碳泡沫芯的一個(gè) 側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面上、位于外層和,友泡沫芯之間?？赏ㄟ^(guò)將包含例如硝 酸和硫酸混合物的溶液插入石墨片，通過(guò)暴露于熱中使薄片膨脹或剝 落，然后壓縮剝落的薄片形成相千片來(lái)制備合適的膨脹石墨壓縮顆粒 片(在工業(yè)中經(jīng)常稱為"柔性石墨")。在例如美國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)US-2005-0079355-Al中描述了膨脹石墨壓縮顆粒片的制備，其公開(kāi)內(nèi) 容通過(guò)引用結(jié)合到本文中。通過(guò)將膨脹石墨壓縮顆粒片摻入^5灰泡沫芯，產(chǎn)生了優(yōu)異的 阻燃結(jié)構(gòu)。在碳泡沫芯的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)側(cè)面上，壓縮膨脹石墨片的 各向異性熱性質(zhì)提供熱管理的顯著改善，允許SIP作為阻燃材料用于多 種應(yīng)用中。第一外層14和第二外層16通過(guò)粘合或粘結(jié)材一+18與碳泡沫 芯12連接。該粘合或粘結(jié)材料18可包括適用于從高溫條件至暴露于酸 性環(huán)境的特定應(yīng)用的化學(xué)粘合劑。不同的化學(xué)粘合材料包括粘合劑、 膠、粘固劑和膠粘劑。任選可通過(guò)機(jī)械材料將第一外層14和第二外層 16附接至碳泡沫芯12。雖然該方法的確影響碳泡沫芯12的完整性和均 勻特性，.機(jī)械連接可獲得低成本，并且非?？斓耐瓿?。將第一外層14
釘、大頭釘、螺旋釘、支柱、壓桿、扣件、鉤環(huán)及其組合。另外，可 通過(guò)外層14和16與碳泡沫芯的一系列高度壓縮處理，將第一外層14和 第二外層16壓粘至碳泡沫芯。雖然比機(jī)械或化學(xué)附接選項(xiàng)持久差，但 該附接類型沒(méi)有如化學(xué)或機(jī)械附接方法那樣引入額外的化合物或削 弱碳泡沫芯12的結(jié)構(gòu)完整性。
〖0049]第一涂層20和第二涂層22都是任選的，并涂覆至碳泡沫芯 12以改變;灰泡沫芯12的性質(zhì)。特別是，笫一涂層20和第二涂層22可相 同或不同，取決于碳泡沫芯12的條件和必需的性質(zhì)。例如第一涂層20 和第二涂層22都可為阻燃性改善涂層，以改善> 友泡沫芯12的阻燃性。 另外，在其中SIP10的一個(gè)側(cè)面更可能暴露于氧化環(huán)境，而SIP10的其 他側(cè)面更可能暴露于火中時(shí)，第一涂層20可為抗氧化涂層，第二涂層 22可為阻燃涂層。并且，任選采用第一涂層20和第二涂層22;對(duì)于SIP IO的許多應(yīng)用，第一涂層20和第二涂層22都不是必需的。用碳泡沫芯12作為SIP IO中的絕緣層，SIP IO具有固有的阻 燃/抗燃性質(zhì)。因?yàn)槠渌^緣材料只從結(jié)構(gòu)絕緣板的結(jié)構(gòu)中排除氧，因此碳泡沫芯12對(duì)燃燒或炭化都非常有抗性。特別是，碳泡沫芯12主要
將碳與它的泡沫構(gòu)造內(nèi)部存在的相對(duì)少的其它元件連接。因此，除了
碳泡沫芯12的碳的簡(jiǎn)單氧化以外，幾乎沒(méi)有燃燒存在。為使該氧化發(fā) 生，溫度必須達(dá)到相當(dāng)極端的溫度，使得碳泡沫芯12非常適用于其中 要求阻燃結(jié)構(gòu)的商業(yè)結(jié)構(gòu)和住宅結(jié)構(gòu)中。相似地，碳泡沫芯12對(duì)許多環(huán)境應(yīng)力有抗性，該環(huán)境應(yīng)力 包括昆蟲(chóng)、濕度和熱。碳泡沫為非常堅(jiān)硬的物質(zhì)，使得它本身不適于 昆蟲(chóng)居住，而濕度變化幾乎不改變它的化學(xué)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)。此外，可選 擇第一外層14和第二外層16用于SIP10將經(jīng)歷的特定環(huán)境應(yīng)用。最后，SIP IO和它的優(yōu)異的強(qiáng)度與密度比和阻燃性使得SIP IO適用于各種結(jié)構(gòu)應(yīng)用。在其中期望低密度但牢固的材料，其中也要 求阻燃性的建筑物構(gòu)造中，SIP IO相當(dāng)特別地有用。此外，含有碳泡 沫芯12的SIP IO具有期望的耐熱性，因此在建筑物內(nèi)幫助維持控制的 氣候。由于其高壓縮強(qiáng)度與密度比，SIP IO對(duì)于要求輕質(zhì)和堅(jiān)固結(jié)構(gòu) 的船舶也是理想的。特別是，SIP IO可用于經(jīng)歷多種壓縮但必須盡可 能輕以維持船舶的機(jī)動(dòng)性的航空母艦甲板。此外，SIP IO作為航空母 艦甲板也將阻燃性元件直接灌注至甲板嵌板中。SIP IO的另外的用途 可為飛行器的構(gòu)建，其中剛性和堅(jiān)固但輕質(zhì)的材料是有用的。這些上 述應(yīng)用為本發(fā)明的碳泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板的可行用途，但絕不表示這些應(yīng) 用包括本發(fā)明實(shí)用的所有應(yīng)用。本申請(qǐng)中參考的所有引用專利和出版物的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引 用結(jié)合到本文中。上迷描述用于確保本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。不打 算詳述所有可能的變化和修改，在閱讀本說(shuō)明書(shū)后這些變化和修改對(duì)
12技術(shù)人員來(lái)講是顯而易見(jiàn)的。然而，所有這樣的修改和變化將包括在 權(quán)利要求定義的本發(fā)明范圍內(nèi)。權(quán)利要求將涵蓋有效滿足本發(fā)明預(yù)定 目的的任何排列或順序的指示元件和步驟，除非上下文中明確表明是 相反的。
權(quán)利要求
1. 一種結(jié)構(gòu)絕緣板，所述板包含密度為約0.03g/cc-約0.6g/cc的碳泡沫材料。
2. 權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)絕緣板，所述板還包含粘合至所述碳泡沫 材料第一表面的第一外層；和粘合至所述碳泡沫材料第二表面的第二 外層。
3. 權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)絕緣板，其中所述碳泡沫材料的壓縮強(qiáng)度與 密度比為約1000 psi/g/cc-約20000 psi/g/cc。
4. 權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)絕緣板，其中所述碳泡沫材料的熱傳導(dǎo)率為 約0.06 W/mK-約0.3 W/mK。
5. 權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)絕緣板，其中所述碳泡沫材料包括在所述-友 泡沫的外表面上的涂層。
6. 權(quán)利要求5的結(jié)構(gòu)絕緣板，其中所述涂層改善所述碳泡沫材料 的阻燃性。
7. 權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)絕緣板，其中所迷涂層改善所述碳泡沫材料 的4元氧4匕性。
8. 權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)絕緣板，所述板在所述碳泡沫材料的至少一 個(gè)表面上還包含膨脹石墨的壓縮顆粒層。
9. 權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)絕緣板，其中所述外層選自紙、加強(qiáng)的紙復(fù) 合材料、定向結(jié)構(gòu)刨花板、纖維板、干墻、石膏、石膏復(fù)合材料、木 材、木材復(fù)合材料、夾板、熱塑性塑料、塑料復(fù)合材料、樹(shù)脂、金屬、 金屬合金、金屬?gòu)?fù)合材料及其組合。
全文摘要
結(jié)構(gòu)絕緣板，該結(jié)構(gòu)絕緣板包括碳泡沫芯(12)，該碳泡沫芯具有高壓縮強(qiáng)度與密度比、期望的阻燃性質(zhì)和環(huán)境應(yīng)力抗性。該碳泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板(10)也包括與碳泡沫芯(12)的第一表面和第二表面結(jié)合的第一層(14)和第二層(16)。碳泡沫結(jié)構(gòu)絕緣板(10)的應(yīng)用包括住宅和商業(yè)建筑、飛行器以及船舶的結(jié)構(gòu)元件和阻燃元件。
文檔編號(hào)B32B9/00GK101460301SQ200680051268
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者D·J·米勒, M·塞格爾, Y·格里芬 申請(qǐng)人:格拉弗技術(shù)國(guó)際控股有限公司