專利名稱：多層絕熱毯的制作方法
技術領域：
本文公開了一種含有多個反射薄膜層的多層絕熱毯，所述薄膜層中的至少兩個被一個傳導屏障(conductive barrier)隔開；所述絕熱毯薄、柔韌，并能以低成本提供優(yōu)良 的導熱性。
背景技術：
多層保溫材料通常由高反射材料與各層之間的低傳導率材料的交替層組成。所述 多層保溫毯可用于在其中需要減少傳熱的多種應用中。美國專利No. 6，544，618描述了一種保溫復合材料，該復合材料含有具有一個反 射表面和一個相對表面的第一熱反射層、具有一個反射表面和一個相對表面的第二熱反射 層，和一種位于所述第一和第二熱反射層之間從而使所述第一和第二熱反射層之間基本不 直接物理接觸的厚度為20 μ m或更小的多孔金屬氧化物薄膜。美國專利No. 5，549，956描述了一種用于固化混凝土及其他保溫用途中的改進的 柔軟多層熱反射毯。還公開了一種具有金屬箔層的熱反射特征的改進的保溫方法。所述毯 含有熱塑性的不透水外表面層，該外表面層含有保溫層和由鋁箔等熱反射材料制成的熱反 射層。所述箔層含有由待保溫表面輻射出的熱，所述保溫通過將穿過毯的保溫層逃逸出的 熱反射返穿過所述保溫層至被保溫表面而實現，導致熱反射毯具有增加的抗熱性，而其厚 度未相應增加。熱反射層的使用避免了對附加保溫層的需要，產生了更薄、輕型和更柔軟的 熱反射毯。NASA的二氧化硅氣凝膠(Silica Aerogel)提供了優(yōu)良的熱傳導性質，但生產極 為昂貴，易碎，僅可得到有限的固體形狀，并且必須進行涂覆以使其呈疏水性并防止其脫落 顆粒。Aspen Aerogel 的 Spaceloft 氣凝膠毪(Aerogel blanket)也具有優(yōu)良的熱傳導 性質，但其相對較厚并且也必須進行涂覆以防止其脫落顆粒。盡管常規(guī)多層保溫體——例如上述保溫體——在許多應用中具有令人滿意的性 能，但是仍需要一種改進的多層保溫體。具體地，仍需要一種具有優(yōu)良的保溫性能、易以低 成本生產的薄且柔軟的多層保溫體。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施方案包括一種具有多個薄膜層和至少一個位于所述多個薄膜層的 至少兩個之間的傳導屏障的保溫毯，其中至少一個所述薄膜層由一個至少一側涂有熱反射 材料的薄膜制成。本發(fā)明的其他實施方案包括一種具有至少兩個聚合物薄膜層——其中每一層的 一側被金屬化——和一個位于各聚合物薄膜層之間的熱塑性篩網傳導屏障的保溫毯。本發(fā)明的其他實施方案包括一個具有本文中任一實施方案所述的保溫毯的打印 頭。


圖1展示了一個示例性實施方案的橫截面視圖。圖2展示了一個示例性實施方案的傳導屏障的平面視圖。圖3展示了一個結合打印頭的示例性實施方案。
具體實施例方式本文描述了一種含有多個薄膜層例如兩個或更多個薄膜層(如2個至約100個)的保溫毯，其中至少兩個所述薄膜層被一個傳導屏障隔開。更通常地，實施方案的薄膜層可含有任何薄且柔軟的薄膜。所述薄膜層可由聚合 物薄膜構成，所述聚合物例如聚酰亞胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、 聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚二氯乙烯(PVDC)等。所述薄膜許多可商購得到，例如Mylar 薄膜。適宜的薄膜可為例如約0. 5mil至約IOmil厚、或約0. 5mil至約5mil厚、或約 0. 5mil至約2mil厚、或約0. 5mil至約Imil厚。每一個薄膜層獨立地可在其一側或兩側涂覆有能降低薄膜層的輻射率 (radiative emittance)或發(fā)射率的熱反射材料。涂層可包括例如金屬或其他熱反射涂層。 可使用例如鋁、銀、金、鉬、銅、鎳等金屬來涂覆各薄膜層。涂覆有金屬的薄膜在本文中稱為 金屬化薄膜。對抑制輻射傳熱有效的任何材料均可用作可涂覆每一薄膜層的熱反射材料。 通常地，所述熱反射材料可具有拋光的表面外觀。熱反射材料可具有任意合適的厚度，所述 厚度優(yōu)選約0. 4 μ m至約1 μ m。根據具體應用，薄膜層的熱反射表面可獨立地面向或背向待保溫表面。在具有多 個薄膜層的實施方案中，反射表面可理想地朝向相同方向?？蓪岱瓷洳牧贤ㄟ^任意方法涂于薄膜層上，所述方法例如物理氣相沉積(PVD)， 一種將金屬薄層涂于包含聚合物薄膜的基質上的常用方法。其他涂覆熱反射材料的方法包 括，例如化學氣相沉積、層壓、噴涂等。在至少兩個薄膜層之間的傳導屏障可由任意合適材料制成。可構建所述材料從 而其含有一種材料的網狀物，其可對其間置有該傳導屏障的各薄膜層提供支撐。所述網狀 物意指一個層中固體部分的連接結構，例如固體部分被孔或囊分隔的篩網結構中的連接結 構。所述固體部分構成網狀物。所述網狀物可具有規(guī)則式樣，或可以是無規(guī)的。所述網狀 物中的多個孔或小囊可填充有空氣或其他適宜材料。所述傳導屏障可具有任意適宜密度(網狀物相對于孔)，從而防止該傳導屏障位 于其間的薄膜層相互接觸。限制傳導屏障中網狀物的量可減少各薄膜層之間的傳導路徑。 所述傳導屏障可含有約10 %至約40 %的網狀物、或約20 %至約40 %網狀物、或約30 %至約 40 %網狀物，并且可含有上述值之間的任意量，包括例如，約30、31、32、33、34、35、36、37、 38、39或40%的網狀物。所述傳導屏障可具有任意合適的厚度。一些實施方案可使用約0.5mil至約 IOmi 1、或約0. 5mil至約3mil、或約0. 5mil至約2mil、或約0. 5mil至約Imil的傳導屏障。一些實施方案的傳導屏障內的孔可填充有空氣、氧氣、其他氣體、液體或不同于所述網狀物的固體材料，例如泡沫。
可對傳導屏障的厚度和密度進行優(yōu)化以使傳導屏障的功能最大化，同時防止傳導 屏障位于其間的薄膜層相互接觸。在例如使用相對較厚的薄膜層的實施方案中，相對較薄 的傳導屏障即足以防止薄膜層相互接觸?；蛘撸谑褂孟鄬^薄的薄膜層的實施方案中，傳 導屏障可相對較厚以防止薄膜層相互接觸。應考慮的是，對不同的材料結合和特定應用，可 對傳導屏障的厚度和密度進行優(yōu)化。適用于傳導屏障的材料包括，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)、 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚二氯乙烯(PVDC)等，或其結合物。分隔所述多個薄膜層中的至少兩個——理想地將每一個薄膜層與其他薄膜層分 隔開——的是一個傳導屏障?？蓪⑴c傳導屏障相鄰的薄膜層通過例如使用膠粘劑或熱粘接 而結合至該傳導屏障。傳導屏障材料可理想地具有一種熱塑性組分，以使傳導屏障易于進 行熱粘接。所述熱塑性組分可由與傳導屏障相同的材料制成，或者可任選地向所述傳導屏 障中添加不同的熱塑性材料。保溫毯的實施方案可具有薄膜層或傳導屏障作為外層。在這類實施方案中，當保 溫毯用于多種應用中時，薄膜層或傳導屏障均可與待保溫的物體相接觸，并且同樣地，薄膜 層或傳導屏障均可暴露于環(huán)境。理想地，薄膜層為外層，這樣當保溫毯應用時，薄膜層與待 保溫的物體相接觸，并且薄膜層暴露于環(huán)境?？扇芜x地添加其他外層，例如用于外觀，或提 供對所述毯的保護。在一些實施方案中，外覆蓋層可任選地與保溫毯結合使用，以例如提供 對毯的保護、便于操作或用于外觀。在其他實施方案中，可將保溫毯置于容器內部，例如不 透氣聚合容器中。這些實施方案可以與保溫材料本身相同的方式使用，例如應用于需要保 溫的物體的表面。保溫毯的每一個薄膜層可具有相同或不同的材料與結構。換言之，所述毯中每一 個薄膜層的材料可獨立于其他薄膜層進行選擇。同樣地，在至少兩個薄膜層之間的傳導屏 障相對于任何其他薄膜層之間的任何傳導屏障可以相同或不同。在一些實施方案中，每一 個薄膜層由相同材料構成，并且薄膜層之間的傳導屏障也是相同的。保溫毯的實施方案可含有任意適宜數目的薄膜層。例如，可使用兩個或更多個薄 膜層。薄膜層的數目僅受使用保溫毯的具體應用以及薄膜層與傳導屏障的厚度的限制。例 如，一種應用由于較低的間隙可能需要一種極薄的保溫毯。在這類應用中，毯的整體厚度應 使所述毯與可用空間相匹配。因此，薄膜層的總數目受每一個薄膜層的厚度和薄膜層之間 的非傳導屏障的厚度的限制，從而使總厚度在希望的范圍內。例如，在將保溫毯用于保溫固 體油墨打印頭的應用中，可用空間是有限的。例如，在多個打印頭之間、打印頭和轉鼓之間、 打印頭和底盤壁之間、打印頭和紙道之間、或打印頭和其他組件之間可能存在一個較小的 間隙。類似地，在將保溫毯用于使管道保溫的應用中，可用空間受管道相對于圍繞該管道的 材料的尺寸的限制，所述圍繞管道的材料例如結構組件，如其中可放置管道的壁。因此，所述毯可具有的總厚度為約0. Imm至約IOOmm厚、或約0. Imm至約IOmm厚、 或約0. Imm至約2mm厚、或約0. Imm至約Imm厚。實施方案可含有2至約100個薄膜層、或2至約20個薄膜層、或2至約10個薄膜 層、或約6至約8個薄膜層。某一特定實施方案的薄膜層的確切數目可基于保溫毯預期的 具體應用和所使用的具體材料進行優(yōu)化，如上所述。例如，隨著添加更多的薄膜層或傳導屏障，所得毯的保溫值的邊際增加量(marginal increase)可能越來越小。因此添加額外的 薄膜層或傳導屏障相對于毯的性能的作用較小?？紤]到性能，添加額外薄膜層或傳導屏障 的成本可以是使得能夠具有最佳個數或范圍的薄膜層和傳導屏障?；蛘?，薄膜層和傳導屏障的最佳數目可通過簡單地制造該毯直至達到特定的保溫值而確定。這對例如需要滿足特定能效標準的情況可能有用。許多電子物品，例如電視機、 計算機、打印機、器械等，可通過滿足一定的效率標準而具有一定的“等級”，例如“能耗星級 (energy star)”。為滿足所述標準，可對本文所述保溫毯的實施方案進行設計以降低由于 熱量損失而導致的能耗。實施方案可設計成具有足夠數目的薄膜層以滿足所述標準。因 此，薄膜層和傳導屏障的數目與每一個薄膜層和傳導屏障的組成可設計成滿足但不顯著超 過所述那些標準，因為附加的薄膜層和傳導屏障可增加所述保溫毯的成本。本文所述保溫毯提供了優(yōu)良的熱導率，例如約10mW/m至約20mW/m。本文所述保溫毯適于提供對溫度最高達約250°C，例如約-250°C至約250°C、或 約-IOiTC至約200°C、或約0°C至約200°C、或約25°C至約200°C、或約100°C至約200°C的 物體的保溫。所述保溫毯可通過任意適宜方法制備。例如，可將多個薄膜層和傳導屏障——例 如鋁化PET薄膜層和PE/PP篩網傳導屏障——例如以交替的薄膜層/傳導屏障的結構進行 堆疊，并在兩個板之間進行壓制。在壓制的同時可施加熱，例如通過烘箱加熱至約150°C至 約250°C，例如約200°C，加熱約10至約90分鐘，如約45分鐘，從而使層壓材料熱粘接在一 起。可隨后將所述保溫毯冷卻至環(huán)境溫度。圖1中所描繪的保溫毯(10)為一個有利的實施方案，其中每一個薄膜層(11)為 用鋁金屬化的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，并且傳導屏障(12)為在PP核心的兩側具有熱 塑性PE，并且保溫毯被熱粘接，從而使得每一個傳導屏障被粘結至其間放置有該傳導屏障 的兩個薄膜層上。圖1為由六層金屬化的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜構成的一個實 施方案的橫截面視圖，每一個薄膜層被作為傳導屏障的聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)篩網分隔 開。在圖1所示實施方案中，每一 PET層的一側被金屬化，其中所述金屬化的一側背向熱源 (13)。圖2為用作圖1所示實施方案的各層金屬化PET薄膜之間的傳導屏障的PE/PP篩網 的平面視圖。各薄膜層熱結合至相鄰薄膜層之間的PE/PP篩網傳導屏障上。有利地，如所 示，保溫毯的外層為兩個金屬化的薄膜層。圖1中所繪保溫毯具有約llmW/m的有效熱導率，和約Imm的總厚度。所述保溫毯 提供了極大的柔性、較少的顆粒產生，和極低的生產成本。所述保溫毯適于提供對最高達約 150°C的熱源的保溫。圖2展示了在圖1所繪實施方案中使用的傳導屏障的一個有利的實施方案的平面 視圖。所繪傳導屏障為一個PE/PP篩網(20)，含有開口孔(21)和PE/PP網狀物(22)。本文所述的保溫毯可用于保溫任意適宜的物體。所述保溫毯可直接應用于需要 保溫的物體的一個表面。例如，所述保溫毯可直接放在貯存容器或輸送容器、管道、打印頭 (例如固體油墨打印頭)、低溫容器或任意其他需要保溫的物體的外表面?？蓪⒍嗥蚨鄺l 保溫毯應用于待保溫的表面。也可將多片或多條保溫毯包繞在待保溫的表面，例如管道、罐寸。在一個特定的實施方案中，待保溫的物體可為固體油墨打印頭。一個適于固體油墨打印頭的實施方案使用約6層鋁化的PET，其中每一層為約lmil厚，被具有約65%的開 口孔和約35% PE/PP網狀物的lOmil厚PE/PP篩網分隔，每一個薄膜層熱粘接至相鄰其放 置的PE/PP篩網上，得到一種總厚度為約1mm的材料。該實施方案能夠使90°C鋁塊的功率 損失降低約45%。所述功率損失或熱導率可例如通過用保溫毯完全覆蓋某一鋁制物體并將 該鋁制物體在一個具有約30°C的穩(wěn)定狀態(tài)溫度的箱中加熱至90°C進行測定。通過測量該 保溫毯內表面和外表面的溫度，和測量維持鋁制物體溫度所需的功率，可根據毯厚度和總 外表面積計算熱導率。圖3展示了結合打印頭(31)的多層毯保溫材料(10)的一個實施方案。本文所述 的多層毯保溫材料能放置于打印頭之間及打印頭和轉鼓(32)之間的小間隙內，而更厚的 保溫材料類型(33)不適于這類應用。如圖3所示，所述多層毯保溫材料可貯存在輥結構 (34)中并從其中釋放。使用不透氣覆蓋物可使其中放置的保溫毯處于低于大氣壓的壓力下，這導致熱傳 導的降低?；蛘?，所述層本身可由不透氣材料構成，使得非傳導屏障的囊中的物質，例如空 氣或其他氣體，處于一個低于大氣壓的壓力下。通過在不透氣層或容器中建立真空可達到更低的壓力，這可通過使用常規(guī)真空裝 置實現?；蛘?，在例如使用熱粘接來粘結所述層和篩網的實施方案中，當對于一特定應用而 言，非傳導屏障的囊中的氣體或空氣在低于熱粘接溫度的某一溫度時，所述熱粘接方法本 身將導致在所述囊中建立真空。例如，當用作固體油墨打印頭保溫體時，打印頭的休眠溫度(sle印temperature) 通常約為90°C，該溫度顯著低于通常為約200°C的熱粘接溫度。該溫度差將導致非傳導屏 障的囊中呈一真空，其中薄膜層是不透氣的，或其中保溫毯位于不透氣的容器內。實施例實施例1 將鋁化的PET薄膜(lmil厚的Mylar )切成片。將6個所述切片排成一 個疊層結構，金屬化的一側向上，各切片之間具有一個lOmil厚的PE/PP篩網層(Delnet ；購自 DelStar Technologies, Inc.，Middletown，DE)，該篩網層具有約 65%開 口孔。然后 將該疊層結構在烘箱中加熱約45分鐘至約200°C的溫度，并隨后冷卻至室溫(約25°C )。由此生產的層壓材料薄(約1mm)且柔軟，并且可切成任意所需形狀進行應用。然后通過前文記載的方法測試該薄膜的保溫值，并測得熱導率為llmW/m。實施例2 將6至8層用鋁熱固化的聚酰亞胺薄膜(購自Sheldahl ；Northfield, MN)進行堆疊，使用l_2mil厚的聚酰亞胺熱塑性篩網作為各層之間的傳導屏障。然后將該 堆疊結構加熱約45分鐘至約250°C，并隨后冷卻至室溫。由此生產的層壓材料薄且柔軟，并且可切成任意所需形狀進行應用。應認識到的是，上文公開的多種及其他特征和功能，或其替代方案，可按需要結合 到許多其他不同的體系或應用中。另外，此后可由本領域技術人員做出的許多目前無法預 見或無法預期的替代、修正、變型或改進，也意欲包含在以下權利要求書中。
權利要求
一種保溫毯，其含有多個薄膜層和至少一個置于所述多個薄膜層中的至少兩個之間的傳導屏障，其中所述多個薄膜層中的至少一個含有一個在至少一側涂有熱反射材料的薄膜。
2.權利要求1的保溫毯，其中所述多個薄膜層中的至少一個為一種聚合物薄膜。
3.權利要求1的保溫毯，其中所述熱反射材料為一種選自鋁、金、銀、鉬、銅、鎳及其結 合物的金屬。
4.權利要求1的保溫毯，其中所述至少一個傳導屏障含有一種包含多個孔的網狀物。
5.權利要求4的保溫毯，其中所述網狀物含有一種選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、 聚酰亞胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚二氯乙烯(PVDC)及其結合物的 材料。
6.權利要求4的保溫毯，其中所述網狀物含有約65%至約90%的孔。
7.權利要求1的保溫毯，其含有2至約10個薄膜層。
8.權利要求1的保溫毯，其含有一個位于所述多個薄膜層的各薄膜層之間的傳導屏障。
9.一種保溫毯，其含有至少兩個聚合物薄膜層——其中每一個聚合物薄膜層的一側被 金屬化——和一個位于各聚合物薄膜層之間的熱塑性篩網傳導屏障，其中所述聚合物薄膜 層和熱塑性篩網結合在一起。
10.一種打印機，其含有一個打印頭和一個附帶的保溫毯，所述保溫毯含有多個薄膜層 和至少一個置于所述多個薄膜層中的至少兩個之間的傳導屏障，其中所述多個薄膜層中的 至少一個含有一個在至少一側涂有熱反射材料的薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有多個薄膜層的保溫毯，所述薄膜層中的至少兩個被一個傳導屏障隔開，其中所述薄膜層由在至少一側涂有一種熱反射材料的薄膜制成，并且其中所述傳導屏障材料為一種具有固體部分和多個開口孔的網狀物。在一個實施方案中，所述傳導屏障被熱粘接在各薄膜層之間，形成一個軟且可切的層壓材料。
文檔編號B32B3/24GK101858475SQ201010141
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權日2009年4月2日
發(fā)明者D·P·普拉特, J·A·布羅德里克 申請人:施樂公司