本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种含气凝胶的相变膜及其制备方法和应用方法。
背景技术：
：相变材料广泛应用于保温、能量储存以及热管理领域。随着信息技术的发展，微波射频及5g技术的应用，电子产品的发热量越来越大。当电子产品在峰值功率时，由于温度过高，会主动降频，引起产品性能下降。采用相变材料可以将瞬时产生的热量进行储存，之后缓慢释放，起到热量消峰的作用，有效的降低电子产品由于瞬间功率太高导致的降频现象发生。氧化硅气凝胶是由1-100nm的氧化硅颗粒组成，具有高达89~99.8%的孔隙率，而且所有孔隙为通孔，与液相体系复合时，形成凝胶态，方便使用，因此气凝胶是一种很好的与液相体系复合材料。当气凝胶的孔隙当中填充电解液时，具有高的离子电导率，可以应用于半固态电池的凝胶电解质；当气凝胶的孔隙中填充液态银离子杀菌剂时，可以形成长效果杀菌凝胶；当气凝胶的孔隙中填充液态石蜡时，可以形成高焓值的凝胶相变材料。现有技术采用石墨烯、芳纶等气凝胶与石蜡混合形成气凝胶相变材料，目前这两种气凝胶材料工艺复杂目前不适合工业化，氧化硅气凝胶是目前已经产业化的产品，现有技术中采用氧化硅气凝胶、石蜡与丙烯酸等树脂复合，形成复合相变膜，但该工艺制备出的相变膜热导率不佳，同时石蜡在熔融的状态下会有挥发，挥发出来的成分会影响电子产品的稳定性，此外，采用常规聚氨酯、丙烯酸等树脂与气凝胶混合，容易造成树脂包覆粉体，导致气凝胶内部的孔容不能有效利用。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种含气凝胶的相变膜及其制备方法和应用方法，可以有效解决
背景技术：
中的问题。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种含气凝胶的相变膜，所述相变膜包括三层结构，上下层为导热密封层，中间层为气凝胶相变层，所述上下层导热密封层由树脂和填料组成，树脂为聚氨酯、丙烯酸、有机硅、环氧等树脂，填料为氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化铝等导热无机填料组成，所述中间层气凝胶相变层由聚四氟乙烯、氧化硅气凝胶和相变材料组成，相变材料为石蜡、聚乙烯醇等，氧化硅气凝胶为疏水氧化硅气凝胶粉体。优选的，所述上下层导热密封层，热导率为1-8w•m/k。优选的，所述中间层气凝胶相变层中氧化硅气凝胶质量占比2-20%，所述粒径为10-100微米，中间层气凝胶相变层相变焓为100-190j/g。优选的，所述上下层导热密封层厚度为5-20微米，中间层气凝胶相变层厚度为50-300微米。一种含气凝胶的相变膜的制备方法，所述相变膜的制备方法包括以下操作步骤：s1：将聚四氟乙烯乳液与氧化硅气凝胶混合，形成膏状，进行压延，制备出厚度为50-300微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并进行干燥；s2：将聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的复合片材浸入相变材料溶液中，保持0.1-10h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将树脂与填料配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，并干燥固化，最终得到三层结构的气凝胶相变膜。优选的，所述聚四氟乳液与氧化硅气凝胶的质量占比分别为20-60%和40-80%，所述相变材料为石蜡或聚乙烯醇等。优选的，所述树脂为聚氨酯、丙烯酸、有机硅、环氧等树脂等中的一种或多种，填料为氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化铝等中的一种或多种。一种含气凝胶的相变膜的应用，所述应用方法包括：a1：在智能手表领域中的应用，气凝胶相变膜与隔热膜复合，贴于电子手表背面，从而缓减高温对人皮肤的烫伤；a2：在智能手机领域中的应用，气凝胶相变膜与导热膜复合，贴于cpu表面，平滑热峰值，减少因瞬时温度过高降频的次数。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用聚四氟乙烯和气凝胶通过压延方式制备出的复合气凝胶片材，具有孔隙率高，且内部全部为通孔，后期可以方便浸入液态相变材料。在相变材料两侧形成一层导热密封层，提升了气凝胶相变膜的导热性能的同时，也阻止了石蜡的挥发，从而保证了气凝胶相变膜在电子产品中应用的安全和稳定性。附图说明图1是本发明相变膜的结构示意图；图2是本发明应用于电子手表的结构示意图；图3是本发明应用于智能手机的结构示意图。图4是本发明的制备方法流程图。具体实施方式下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。实施例1：如图1所示，本发明涉及一种含气凝胶的相变膜，包括三层结构，上下层为导热密封层，中间层为气凝胶相变层，上下层厚度为5-20微米，中间层气凝胶相变层厚度为50-300微米，上下层导热密封层由树脂和填料组成，树脂为聚氨酯、丙烯酸、有机硅、环氧等树脂，填料为氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化铝等导热无机填料组成，中间层气凝胶相变层由聚四氟乙烯、氧化硅气凝胶和相变材料组成，相变材料为石蜡、聚乙烯醇等，氧化硅气凝胶为疏水氧化硅气凝胶粉体，上下层导热密封层，热导率为1-8w•m/k，中间层气凝胶相变层中氧化硅气凝胶质量占比2-20%，粒径为10-100微米，中间层气凝胶相变层相变焓为100-190j/g，上下层导热密封层厚度为5-20微米，中间层气凝胶相变层厚度为50-300微米。如图4所示，一种含气凝胶的相变膜的制备方法，相变膜的制备方法包括以下操作步骤：s1：将聚四氟乙烯乳液与氧化硅气凝胶混合，形成膏状，进行压延，制备出厚度为50-300微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并进行干燥，聚四氟乳液与氧化硅气凝胶的质量占比分别为20-60%和40-80%，聚四氟乳液与疏水氧化硅气凝胶粉体混合时，需高速分散才能混合均匀，由于气凝胶粉体为疏水粉体，不易与聚四氟乳液混合，也可以加入醇类等与水互融的有机溶剂来加速混合，加有机溶剂在干燥的过程中会导致气凝胶孔容变小，因此也可以加入表面活性剂等助剂来帮助混合，气凝胶相变层的厚度完全由压延的间隙决定，可以在50-300微米间自由调节；s2：将聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的复合片材浸入相变材料溶液中，保持0.1-10h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层，相变材料为石蜡或聚乙烯醇等，树脂为聚氨酯、丙烯酸、有机硅、环氧等树脂等中的一种或多种，将聚四氟乙烯与氧化硅氧凝胶的复合片材浸入相变溶液中，浸扎处理，该工艺对聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的复合片材的强度有很高的要求，常规的树脂如聚丙烯酸、聚按酯等材质很难做到高气凝胶含量，且具有高强度，同时还需要复合材料内部的孔全部为通孔，才能保证液态的相变材料进入所有气凝胶孔中，聚四氟乙烯复合工艺更容易实现通孔和高气凝胶含量；s3：先将树脂与填料配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，并干燥固化，最终得到三层结构的气凝胶相变膜，填料为氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化铝等中的一种或多种。如图2-3所示一种含气凝胶的相变膜的应用，应用方法包括：a1：在智能手表领域中的应用，气凝胶相变膜与隔热膜复合，贴于电子手表背面，从而缓减高温对人皮肤的烫伤，由于智能手表一侧直接贴合在用户皮肤，因此贴合皮肤侧温度不宜过高，智能手表背壳贴隔热层，隔热层贴气凝胶相变膜，再贴于智能手表电子器件上，从而可以有效的降低智能手表背面的温度；a2：在智能手机领域中的应用，气凝胶相变膜与导热膜复合，贴于cpu表面，平滑热峰值，减少因瞬时温度过高降频的次数，智能手机在峰值功率时，cpu会产生大量的热，通过散热很难快速散去，因此会导致瞬间温升，从而触发降频保护，如果此时将热量通过气凝胶相变膜吸收，以缓减瞬间温升，待峰值功率下降后，将该部分热量再导走，即可实现温升的平滑效果，同时也降低触发cpu降频次数，因此，该应用需有良好的导热系数，需将气凝胶相变膜与导热膜复合后，贴于cpu表面。实施例2：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与40g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在50度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20gpu树脂与50g氮化硼粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。实施例3：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与40g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在60度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在60度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20gpu树脂与50g氧化铝粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。实施例4：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与40g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在70度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20gpu树脂与50g氧化硅粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。实施例5：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与40g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在80度，进行压延，制备出厚度为100微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在80度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入90度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20gpu树脂与30g氧化铝粉体和40g氮化硅粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。实施例6：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与20g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入60度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20g有机硅树脂与50g氮化硅粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟1米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的有机硅导热密封气凝胶相变膜。实施例7：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与20g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20g丙烯酸树脂与50g氮化硅粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.2米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的丙烯酸树脂导热密封气凝胶相变膜。实施例8：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与10g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20g有机硅树脂与50g氮化硅粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在70度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。实施例9：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与50g氧化硅气凝胶2000转高速分散混合0.5h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20g有机硅树脂与50g氮化硅粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在100度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。实施例10：在实施例1的基础上，一种含气凝胶的制备方法，包括以下操作步骤：s1：将10g聚四氟乙烯乳液与50g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合0.5h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为300微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥；s2：将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入60度的聚乙烯醇溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；s3：先将20g有机硅树脂与50g氮化硅粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。实验数据表实例2实例3实例4实例5实例6实例7实例8实例9实例10热导率(w•m/k)6.13.41.68.25.86.15.76.05.8相变焓（j/g）195193196187140135856093膜厚（微米）70707014070707070340对比组1s1、将10g聚四氟乙烯乳液与40g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥。s2、将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，得到单层气凝相变膜，厚度50微米。对比组2s1、将10g聚四氟乙烯乳液与40g氧化硅气凝胶3000转高速分散混合1h，形成膏状，采用压延机，温度在50度，进行压延，制备出厚度为50微米的聚四氟和氧化硅气凝胶的片材，并在70度空气中进行干燥。s2、将s1步骤制得的聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的片材浸入80度的石蜡溶液中，保持2h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，得到单层气凝相变膜，厚度50微米。s3、先将20gpu树脂与50g氮化硼粉体，1000转分散混合，配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，每分钟0.5米的速度提升，并在80度干燥固化，最终得到三层结构的pu导热密封气凝胶相变膜。对比组1与对比组2进行对比，对比组1只做工艺步骤的s1和s2，不做s3步骤，因此得到的相变膜为单层膜，没有上下导热密闭层。对比组2按正常步骤操作。将对比组1和对比组2的相变膜，放置于80度的烘箱中，热处理48h，处理后的质量损失/原质量得到质量损失比率。对比组数据表明，本专利中的三层结构气凝胶相变膜在质量损失比和热导率上有明显的改善对比1对比2质量损失比（%）0.30.001热导率（w•m/k）0.86.1尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。当前第1页1 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技术特征：1.一种含气凝胶的相变膜，其特征在于：所述相变膜包括三层结构，上下层为导热密封层，中间层为气凝胶相变层，所述上下层导热密封层由树脂和填料组成，树脂为聚氨酯、丙烯酸、有机硅、环氧等树脂，填料为氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化铝等导热无机填料组成，所述中间层气凝胶相变层由聚四氟乙烯、氧化硅气凝胶和相变材料组成，相变材料为石蜡、聚乙烯醇等，氧化硅气凝胶为疏水氧化硅气凝胶粉体。
2.根据权利要求1所述的一种含气凝胶的相变膜，其特征在于：所述上下层导热密封层，热导率为1-8w•m/k。
3.根据权利要求1所述的一种含气凝胶的相变膜，其特征在于：所述中间层气凝胶相变层中氧化硅气凝胶质量占比2-20%，所述粒径为10-100微米，中间层气凝胶相变层相变焓为100-190j/g。
4.根据权利要求1所述的一种含气凝胶的相变膜，其特征在于：所述上下层导热密封层厚度为5-20微米，中间层气凝胶相变层厚度为50-300微米。
5.一种含气凝胶的相变膜的制备方法，其特征在于：所述相变膜的制备方法包括以下操作步骤：
s1：将聚四氟乙烯乳液与氧化硅气凝胶混合，形成膏状，进行压延，制备出厚度为50-300微米的聚四氟乙烯和氧化硅气凝胶的片材，并进行干燥；
s2：将聚四氟乙烯与氧化硅气凝胶的复合片材浸入相变材料溶液中，保持0.1-10h，保证相变材料完全渗透进入气凝胶的孔洞中，制备出气凝相变层；
s3：先将树脂与填料配成导热密封溶液，将气凝胶相变层浸入导热密封溶液中，采用浸扎工艺，并干燥固化，最终得到三层结构的气凝胶相变膜。
6.根据权利要求5所述的一种含气凝胶的相变膜的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乳液与氧化硅气凝胶的质量占比分别为20-60%和40-80%，所述相变材料为石蜡或聚乙烯醇等。
7.根据权利要求5所述的一种含气凝胶的相变膜的制备方法，其特征在于：所述树脂为聚氨酯、丙烯酸、有机硅、环氧等树脂等中的一种或多种，填料为氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化铝等中的一种或多种。
8.一种含气凝胶的相变膜的应用，其特征在于：所述应用方法包括：
a1：在智能手表领域中的应用，气凝胶相变膜与隔热膜复合，贴于电子手表背面，从而缓减高温对人皮肤的烫伤；
a2：在智能手机领域中的应用，气凝胶相变膜与导热膜复合，贴于cpu表面，平滑热峰值，减少因瞬时温度过高降频的次数。
技术总结本发明公开了一种含气凝胶的相变膜及其制备方法和应用方法，所述相变膜包括三层结构，上下层为导热密封层，中间层为气凝胶相变层，上下层厚度为5‑20微米，中间层气凝胶相变层厚度为50‑300微米，上下层导热密封层由树脂和填料组成，树脂为聚氨酯、丙烯酸、有机硅、环氧等树脂，填料为氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化铝等导热无机填料组成，中间层气凝胶相变层由聚四氟乙烯、氧化硅气凝胶和相变材料组成，相变材料为石蜡、聚乙烯醇等，氧化硅气凝胶为疏水氧化硅气凝胶粉体，粒径为10‑100微米，氧化硅气凝胶质量占比为2‑20%。本发明可应用于手机、智能手表等3C产品中。
技术研发人员：侯远
受保护的技术使用者：苏州热象纳米科技有限公司
技术研发日：2020.12.22
技术公布日：2021.03.12
