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CN109369129A - 纤维增强氧化铝气凝胶隔热材料及其制备方法 - Google Patents

纤维增强氧化铝气凝胶隔热材料及其制备方法 Download PDF

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CN109369129A CN201811313052.9A CN201811313052A CN109369129A CN 109369129 A CN109369129 A CN 109369129A CN 201811313052 A CN201811313052 A CN 201811313052A CN 109369129 A CN109369129 A CN 109369129A
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吴文军
杨海龙
王晓婷
胡子君
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Abstract

本发明提供了一种纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料及其制备方法。将纤维、无机粘结剂、疏水氧化铝气凝胶粉或疏水气相氧化铝粉、遮光剂分散在含有表面活性剂和分散剂的去离子水中，搅拌均匀，然后倒入模具中，在高温下烘干，脱模后形成氧化铝气凝胶隔热材料。上述制备方法，工艺简单，成本低，成型方便，制备的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料可保持气凝胶的纳米孔隙结构，热导率低，可作为高温隔热材料使用。

Description

纤维增强氧化铝气凝胶隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种纤维增强氧化铝气凝胶隔热材料及其制备方法，属于无机材料领域。
背景技术
气凝胶材料具有轻质、热导率低的突出特点，作为高性能隔热材料，在建筑、管道保温、热工设备保温、航空航天等领域具有广阔的应用前景。随着世界范围内能源的日益紧缺，节能的重要性越来越高，具有优异隔热性能的气凝胶成为高效隔热材料研究的热点领域之一。目前，常见的气凝胶种类有SiO2、Al2O3、ZrO2、C等，一般与各种纤维增强体形成纤维增强气凝胶复合材料使用。
多年以来，气凝胶一直采用最为成熟的溶胶凝胶结合超临界干燥工艺或常压干燥制备，已经有很多文献报道了成熟的气凝胶的制备工艺。采用超临界干燥工艺制备的气凝胶具有丰富的纳米孔隙结构，有利于减小材料的热导率，但不足之处是成本高。虽然常压干燥方法降低了生产成本，但干燥过程中需要使用大量有机溶剂，环境不友好。
本发明提供了一种基于浆料固化成型工艺的纤维增强氧化铝气凝胶隔热材料及其制备工艺，具有工艺简单、易成型、成本低的优点，具有潜在的应用前景。
发明内容
为了解决上述技术中存在的问题，本发明提供了一种纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料及其制备方法。将纤维、无机粘结剂、疏水氧化铝气凝胶粉或疏水气相氧化铝粉、遮光剂分散在含有表面活性剂和分散剂的去离子水中，搅拌均匀，然后倒入模具中，在高温下烘干，脱模后形成氧化铝气凝胶隔热材料。上述制备方法，工艺简单，成本低，成型方便，制备的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料可保持气凝胶的纳米孔隙结构，热导率低，可作为高温隔热材料使用。
本发明的一个目的在于提供一种纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料。
本发明的另一个目的在于提供一种上述纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，该材料包含疏水性氧化铝气凝胶、纤维、遮光剂、氧化铝空心小球和无机粘结剂；其中，疏水氧化铝气凝胶、纤维、氧化铝空心小球、无机粘结剂和遮光剂的质量比为1：(0.6-3.0)：(0.01～0.40)：(0.2～4)：(0.05～0.40)。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，其中还包含表面活性剂和分散剂；所述的表面活性剂和分散剂可在高温下除去。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，其中还包疏水性氧化硅气凝胶粉。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，所述的纤维包括石英纤维、氧化铝纤维、和莫来石纤维中的至少一种。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，所述的遮光剂包括氧化钛、氧化锆、硅酸锆和碳化硅中的至少一种。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，所述的无机粘结剂包括石膏和/或铝酸钙水泥。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，所述的分散剂为氨水。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，所述的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和嵌段共聚物表面活性剂。
根据本发明所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，所述的表面活性剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基磺酸钠或聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)嵌段共聚物中的至少一种。
本发明提供了一种上述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将所述的纤维、表面活性剂和分散剂分散于去离子水中，得到液体混合物；
(2)将所述的疏水性氧化铝气凝胶粉、遮光剂、无机粘结剂和氧化铝空心小球混合均匀，得到粉体混合物；
(3)将步骤(2)中的粉体混合物分散于步骤(1)的液体混合物中，搅拌至形成均匀的浆料；
(4)将步骤(3)的浆料倒入模具中成型，然后在烘干、固化，得到所述纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料。
上述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法中，步骤(1)中所述的纤维、表面活性剂、分散剂和去离子水的质量比为：1：(0.05～0.40)：(0.02～0.25)：(6～15)。
上述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法中，步骤(2)中所述的疏水氧化铝气凝胶粉、氧化铝空心小球、无机粘结剂和遮光剂的质量比为：1：(0.01～0.40)：(0.2～4)：(0.05～0.40)。
上述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法中，步骤(3)中所述的粉体混合物与液体混合物的质量比为：1：(3.5～8.0)。
上述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法中，步骤(2)中还包括疏水性氧化硅气凝胶粉，所述的疏水氧化铝气凝胶粉与疏水性氧化硅气凝胶粉的质量比为1：(0.01～2)。
上述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法中，步骤(4)中所述烘干的温度为80～150℃，时间为6～24h。
在本发明的一些其他的实施方式中，所述的疏水性氧化铝气凝胶粉可以替换为疏水性气相氧化铝粉，所述的疏水性氧化硅气凝胶粉可以替换为疏水性气相氧化硅粉。
本发明公开的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法也可用于氧化硅气凝胶复合材料、氧化锆气凝胶复合材料的制备，具有一定的通用性。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料可保持气凝胶的纳米孔隙结构，热导率低，可作为高温隔热材料使用。
(2)本发明将纤维、无机粘结剂、疏水氧化铝气凝胶粉或疏水气相氧化铝粉、遮光剂分散在含有表面活性剂和分散剂的去离子水中，搅拌均匀，然后倒入模具中，在高温下烘干，脱模后形成氧化铝气凝胶隔热材料，制备工艺简单，成本低，成型方便。
附图说明
图1为本发明实施例1的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料。
图2纤维增强氧化铝气凝胶隔热材料制备工艺流程简图。
具体实施方式
为了使本发明更加容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
实施例1
(1)将0.3g十六烷基三甲基氯化铵、0.2g氨水和5.0g石英纤维分散在30.0g去离子水中，搅拌直至纤维分散均匀；
(2)将6.0g疏水氧化铝气凝胶粉、0.5g疏水氧化硅气凝胶粉、1.2g氧化铝空心小球、1.5石膏粉和2.0g碳化硅在混料机中混合均匀；
(3)将上述粉料加入至(1)中的溶液中，并在搅拌机中搅拌，直至粉料在溶液中分散，并形成均匀的浆料；
(4)将上述浆料倒入成型模具中，在80℃烘箱中烘干12h，脱模后，得到纤维增强气凝胶隔热复合材料。
经测试，上述材料的密度为0.22g/cm3，室温热导率为0.032W/m·K。
实施例2
(1)将2.4g十六烷基三甲基氯化铵、1.5g氨水和6.0g氧化铝纤维分散在60.0g去离子水中，搅拌直至纤维分散均匀；
(2)将4.0g疏水氧化铝气凝胶粉、8.0g疏水氧化硅气凝胶粉、1.2g氧化钛、0.2g氧化铝空心小球和16.0石膏粉和0.8g氧化钛在混料机中混合均匀；
(3)将上述粉料加入至(1)中的溶液中，并在搅拌机中搅拌，直至粉料分散，并形成均匀的浆料；
(4)将上述浆料倒入成型模具中，在100℃烘箱中烘干10h，脱模后，得到纤维增强气凝胶隔热复合材料。
经测试，上述材料的密度为0.28g/cm3，室温热导率为0.035W/m·K。
实施例3
(1)将2.2g十六烷基三甲基氯化铵、2.0g氨水和15.0g莫来石纤维分散在100.0g去离子水中，搅拌直至纤维分散均匀；
(2)将15g疏水氧化铝气凝胶粉、5.0g玻璃空心氧化铝空心小球、16.0石膏粉和6.0g碳化硅在混料机中混合均匀；
(3)将上述粉料加入至(1)中的溶液中，并在搅拌机中搅拌，直至粉料在溶液中分散，并形成均匀的浆料；
(4)将上述浆料倒入成型模具中，在85℃烘箱中烘干15h，脱模后，得到纤维增强气凝胶隔热复合材料。
经测试，上述材料的密度为0.30g/cm3，室温热导率为0.042W/m·K。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员公知技术。

Claims (16)

1.一种纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料，其特征在于：该材料包含疏水性氧化铝气凝胶、纤维、遮光剂、氧化铝空心小球和无机粘结剂；其中，疏水氧化铝气凝胶、纤维、氧化铝空心小球、无机粘结剂和遮光剂的质量比为1：(0.6-3.0)：(0.01～0.40)：(0.2～4)：(0.05～0.40)。
2.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于：所述隔热复合材料中还包含表面活性剂和分散剂；所述的表面活性剂和分散剂可在高温下除去。
3.根据权利要求1或2所述的隔热材料，其特征在于：所述的隔热复合材料中还包疏水性氧化硅气凝胶。
4.根据权利要求1或2所述的隔热复合材料，其特征在于：所述的纤维包括石英纤维、氧化铝纤维、和莫来石纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的隔热复合材料，其特征在于：所述的遮光剂包括氧化钛、氧化锆、硅酸锆、碳化硅和氮化硼中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的隔热复合材料，其特征在于：所述的氧化铝空心小球粒径为0.5～1mm，堆积密度为0.5～1g/cm3。
7.根据权利要求1或2所述的隔热复合材料，其特征在于：所述的无机粘结剂包括石膏和/或铝酸钙水泥。
8.根据权利要求2所述的隔热复合材料，其特征在于：所述的分散剂为氨水。
9.根据权利要求2所述的隔热复合材料，其特征在于：所述的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和嵌段共聚物表面活性剂。
10.根据权利要求8所述的隔热复合材料，其特征在于：所述的表面活性剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基磺酸钠或聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
11.一种权利要求1-10中任一项所述的纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将所述的纤维、表面活性剂和分散剂分散于去离子水中，得到液体混合物；
(2)将所述的疏水性氧化铝气凝胶、遮光剂、无机粘结剂和氧化铝空心小球混合均匀，得到粉体混合物；
(3)将步骤(2)中的粉体混合物分散于步骤(1)的液体混合物中，搅拌至形成均匀的浆料；
(4)将步骤(3)的浆料倒入模具中成型，然后在烘干、固化，得到所述纤维增强氧化铝气凝胶隔热复合材料。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的纤维、表面活性剂、分散剂和去离子水的质量比为：1：(0.05～0.40)：(0.02～0.25)：(6～15)。
13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的疏水氧化铝气凝胶、氧化铝空心小球、无机粘结剂和遮光剂的质量比为1：(0.01～0.40)：(0.2～4)：(0.05～0.40)。
14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的粉体混合物与液体混合物的质量比为：1：(3.5～8.0)。
15.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中还包括疏水性氧化硅气凝胶，所述的疏水氧化铝气凝胶粉与疏水性氧化硅气凝胶粉的质量比为1：(0.01～2)。
16.根据权利要求11-15所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的烘干的温度为80～150℃，时间为6～24h。
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