CN102330287A - 纳米孔复合绝热材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，特征是，包括以下工艺步骤：（1）向无机纤维中加入遮光剂、纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，得到粉体；（2）将无机纤维经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；（3）向水溶性无机粘结剂中加入高聚物、硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网表面；（4）将纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网得到纤维毡，在铺网过程中将粉体均匀加入每层纤维网之间；（5）将纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。本发明采用连续针刺成型技术，使产品无需超临界干燥，工艺简单，易规模化生产，产品强度高，成本低，施工性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝热材料，尤其是一种纳米孔复合绝热材料的制备方法。
背景技术
利用溶胶-凝胶法制备的气凝胶由于纳米孔结构的特点，有着优异的绝热效果，但由于气凝胶机械强度极差，一碰即碎，限制了它的使用。目前使用的纳米级绝热材料通常是气凝胶与其他材料的复合材料质品。一般有以下几种：（1）气凝胶或纳米SiO2，加入增强纤维，遮光剂等高速搅拌，然后将所得粉体模压成型，其缺点为强度差，易破碎，施工性差；（2）采用连续纤维毡浸渍溶胶，然后超临界干燥成型，其缺点为工艺复杂，成本高；（3）直接在溶胶中加入纤维，增强剂，憎水剂等，再超临界干燥成型，也存在成本高无法规模化生产的缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，无需超临界干燥，工艺简单，易规模化生产。
按照本发明提供的技术方案，所述纳米孔复合绝热材料的制备方法，特征是，包括以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
（1）将5~35份无机纤维切成长度为3~10mm，加入10~40份遮光剂、50~80份纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，转速为500~3000转/分钟，融合时间为5~30分钟，得到粉体；
（2）将无机纤维切割成长度为50~100mm，经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；
（3）向50~90份水溶性无机粘结剂中加入5~40份高聚物、0.5~20份硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网的表面，改性乳液的用量相当于纤维网重量的0.5~10%；
（4）将经步骤（3）处理后的纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网，铺成厚度为100~500mm的纤维毡，在铺网过程中将步骤（1）得到的粉体均匀加入每层纤维网之间，粉体的加入量为纤维毡重量的30~150%；
（5）将步骤（4）得到的纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。
所述无机纤维的直径为5~10μm。
所述无机纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维 、陶瓷纤维、高硅氧纤维或碳纤维。
所述遮光剂为碳化硅或锆英石，遮光剂的粒径为0.5~5μm。
所述纳米级SiO2的粒径为5~100μm。
所述水溶性无机粘结剂为硅溶胶。
所述高聚物为聚丙烯酸酯乳液或聚醋酸乙烯乳液。
本发明所述的纳米孔复合绝热材料采用连续针刺成型技术，使产品无需超临界干燥，工艺简单，易规模化生产，产品强度高，成本低，施工性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明所述的无机纤维（inorganic fibre）是以矿物质为原料制成的化学纤维，主要品种有玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和金属纤维等，本发明中使用的为玻璃纤维、玄武岩纤维 、陶瓷纤维、高硅氧纤维或碳纤维。
本发明所使用的水溶性无机粘结剂为硅溶胶。
实施例一：一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，包括以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
（1）将5份直径为5~10μm的玻璃纤维切成长度为3mm，加入10份粒径为0.5~5μm的碳化硅、50份粒径为5~100μm的纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，转速为500转/分钟，融合时间为30分钟，得到粉体；
（2）将直径为5~10μm的玻璃纤维切割成长度为50mm，经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；
（3）向50份硅溶胶中加入5份聚丙烯酸酯乳液、0.5份硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网的表面，改性乳液的用量相当于纤维网重量的0.5%；
（4）将经步骤（3）处理后的纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网，铺成厚度为100mm的纤维毡，在铺网过程中将步骤（1）得到的粉体均匀加入每层纤维网之间，粉体的加入量为纤维毡重量的30%；
（5）将步骤（4）得到的纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。
实施例二：一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，包括以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
（1）将35份直径为5~10μm的玄武岩纤维切成长度为10mm，加入40份粒径为0.5~5μm的锆英石、80份粒径为5~100μm的纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，转速为3000转/分钟，融合时间为5分钟，得到粉体；
（2）将直径为5~10μm的玄武岩纤维切割成长度为100mm，经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；
（3）向90份硅溶胶中加入40份聚醋酸乙烯乳液、20份硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网的表面，改性乳液的用量相当于纤维网重量的10%；
（4）将经步骤（3）处理后的纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网，铺成厚度为500mm的纤维毡，在铺网过程中将步骤（1）得到的粉体均匀加入每层纤维网之间，粉体的加入量为纤维毡重量的150%；
（5）将步骤（4）得到的纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。
实施例三：一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，包括以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
（1）将10份直径为5~10μm的陶瓷纤维切成长度为4mm，加入20份粒径为0.5~5μm的碳化硅、60份粒径为5~100μm的纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，转速为600转/分钟，融合时间为10分钟，得到粉体；
（2）将直径为5~10μm的陶瓷纤维切割成长度为600mm，经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；
（3）向60份硅溶胶中加入10份聚丙烯酸酯乳液、1份硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网的表面，改性乳液的用量相当于纤维网重量的1%；
（4）将经步骤（3）处理后的纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网，铺成厚度为200mm的纤维毡，在铺网过程中将步骤（1）得到的粉体均匀加入每层纤维网之间，粉体的加入量为纤维毡重量的40%；
（5）将步骤（4）得到的纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。
实施例四：一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，包括以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
（1）将15份直径为5~10μm的高硅氧纤维切成长度为5mm，加入20份粒径为0.5~5μm的锆英石、70份粒径为5~100μm的纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，转速为700转/分钟，融合时间为15分钟，得到粉体；
（2）将直径为5~10μm的高硅氧纤维切割成长度为70mm，经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；
（3）向70份硅溶胶中加入20份聚醋酸乙烯乳液、15份硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网的表面，改性乳液的用量相当于纤维网重量的5%；
（4）将经步骤（3）处理后的纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网，铺成厚度为300mm的纤维毡，在铺网过程中将步骤（1）得到的粉体均匀加入每层纤维网之间，粉体的加入量为纤维毡重量的50%；
（5）将步骤（4）得到的纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。
实施例五：一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，包括以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
（1）将30份直径为5~10μm的碳纤维切成长度为8mm，加入35份粒径为0.5~5μm的碳化硅、70份粒径为5~100μm的纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，转速为2500转/分钟，融合时间为25分钟，得到粉体；
（2）将直径为5~10μm的碳纤维切割成长度为80mm，经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；
（3）向80份硅溶胶中加入30份聚醋酸乙烯乳液、15份硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网的表面，改性乳液的用量相当于纤维网重量的8%；
（4）将经步骤（3）处理后的纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网，铺成厚度为400mm的纤维毡，在铺网过程中将步骤（1）得到的粉体均匀加入每层纤维网之间，粉体的加入量为纤维毡重量的120%；
（5）将步骤（4）得到的纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。
本发明所得到的纳米孔复合绝热材料的常温下的导热系数小于0.022w/m·k；500℃时的平均导热系数小于0.048w/m·k；容量160~350kg/m3，最高使用温度1000℃。本发明所述的纳米孔复合绝热材料可以适用于冶金钢铁行业的钢包，中间包；电厂汽机及A60耐火等级的绝热保温。
Claims (7)
1.一种纳米孔复合绝热材料的制备方法，其特征是，包括以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
（1）将5~35份无机纤维切成长度为3~10mm，加入10~40份遮光剂、50~80份纳米级SiO2，在粉体包覆机中进行机械融合，转速为500~3000转/分钟，融合时间为5~30分钟，得到粉体；
（2）将无机纤维切割成长度为50~100mm，经开棉机和梳理机处理，得到纤维网；
（3）向50~90份水溶性无机粘结剂中加入5~40份高聚物、0.5~20份硅氧烷混合，得到改性乳液；采用超声波雾化器将改性乳液雾化，使改性乳液成点状均匀粘附于纤维网的表面，改性乳液的用量相当于纤维网重量的0.5~10%；
（4）将经步骤（3）处理后的纤维网在铺网机上层层叠加进行铺网，铺成厚度为100~500mm的纤维毡，在铺网过程中将步骤（1）得到的粉体均匀加入每层纤维网之间，粉体的加入量为纤维毡重量的30~150%；
（5）将步骤（4）得到的纤维毡输送至针刺机上，针刺成型，得到所述的纳米孔复合绝热材料。
2.如权利要求1所述的纳米孔复合绝热材料的制备方法，其特征是：所述无机纤维的直径为5~10μm。
3.如权利要求1所述的纳米孔复合绝热材料的制备方法，其特征是：所述无机纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维 、陶瓷纤维、高硅氧纤维或碳纤维。
4.如权利要求1所述的纳米孔复合绝热材料的制备方法，其特征是：所述遮光剂为碳化硅或锆英石，遮光剂的粒径为0.5~5μm。
5.如权利要求1所述的纳米孔复合绝热材料的制备方法，其特征是：所述纳米级SiO2的粒径为5~100μm。
6.如权利要求1所述的纳米孔复合绝热材料的制备方法，其特征是：所述水溶性无机粘结剂为硅溶胶。
7.如权利要求1所述的纳米孔复合绝热材料的制备方法，其特征是：所述高聚物为聚丙烯酸酯乳液或聚醋酸乙烯乳液。
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