CN102942332B - 复合纳米孔绝热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合纳米孔绝热材料及其制备方法，属于无机绝热材料技术领域。其通过无机连续纤维采用短切、梳理、针刺成纤维毯，使其具有三维空间网络结构，作为复合纳米孔绝热材料的骨架，摈弃了通常纳米孔绝热材料制备采用溶胶-凝胶法，超临界状态干燥的复杂工艺，工序简单、成本低，大幅提高了制品的强度，制品具有无毒、不燃、环保、热导率低、性能高、易施工的优点，复合纳米孔绝热材料，密度为120~250㎏/m3，常温导热系数≤0.024W/m·k，抗拉强度≥100Kpa，憎水率≥98%，最高使用温度≤1000℃，可广泛用于1000℃以下各种设备的防火、隔热。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纳米孔绝热材料及其制备方法，可广泛用于1000℃以下各种设备的防火、隔热，属于无机绝热材料技术领域。
背景技术
常用的绝热材料如石棉、玻璃棉、岩棉、硅酸铝纤维、微孔硅酸钙、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩等材料，在常温下有较低的导热系数，但随着温度的升高，它的热导率也会快速递升，特别在高温区热导率递升更快。
随着科学技术的进步，纳米孔绝热材料也逐步被应用，它与普通绝热材料的明显区别，在于比静止空气更低的热导率，并且随着温度的升高，特别在高温区热导率的递升远远低于常用绝热材料。通常纳米孔绝热材料由溶胶-凝胶法来制得硅气凝胶，但这种气凝胶的制备需要在高温高压下通过超临界干燥。虽经溶剂置换、溶剂清洗等改进工艺，仍需要在高压下干燥。因此纳米孔绝热材料虽然具有优异的绝热性能，但制备工艺复杂、能耗大、产量小、成本高，价格是普通绝热材料的几十倍，甚至上百倍，制约了纳米孔绝热材料的广泛应用。
本发明提供了一种低热导率、低成本、操作简便，并易于成形、施工性好的复合纳米孔绝热材料的制备方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有纳米孔绝热材料制备工艺复杂、能耗大、产量小、成本高的不足之处，提供一种新的复合纳米孔绝热材料及其制备方法。
按照本发明提供的技术方案，一种复合纳米孔绝热材料，配方比例按重量份计如下：二氧化硅20~40份、三氧化二铝0~20份、遮光剂1~10份、粘结剂1~5份、无机连续纤维40~80份，以及循环使用的作为载体的溶剂80~100份；
将无机连续纤维短切成无机连续纤维毡；用二氧化硅、遮光剂、粘结剂依次加入溶剂中高速分散得到纳米乳液；将纳米乳液与无机连续纤维毡复合并进行压滤，最后烘干即得产品复合纳米孔绝热材料。
所述二氧化硅为纳米级二氧化硅，选自火焰硅灰或气相法白炭黑，其比表面积为200~300m2/g。
所述三氧化二铝为纳米级三氧化二铝，其平均粒径≤30nm。
所述遮光剂为氧化钛、氧化铁、氧化锆或碳化硅的微粉，其粒径≤3.5μm。
所述粘结剂为环氧树脂乳液、苯-丙乳液或乙烯-醋酸乙烯酯乳液中的一种，其乳液粒径≤100nm。
所述无机连续纤维为无碱玻璃纤维、高硅氧纤维或玄武岩纤维中的一种，其纤维直径在7-13μm。
所述溶剂为水或乙醇中的一种。
所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，按重量份计步骤如下：
（1）无机连续纤维毡的制备：取40~80份无机连续纤维，短切成长度为50~100mm的定长短切纤维；依次通过开松、梳理、铺网、针刺，制得无机连续纤维毡；
（2）纳米乳液的配制：将20~40份二氧化硅、1~10份遮光剂、1~5份粘结剂依次加入80~100份溶剂中，并用高速分散机在1200~1600r/min速度下搅拌8~12min，配置成质量浓度为20%~25%的纳米乳液，待用；
（3）复合：将步骤（1）制得的无机连续纤维毡放入板框压滤机中，加入步骤（2）制得的纳米乳液，进行压滤，压力为0.1~0.5MPa，时间5~30min；至纳米乳液充满无机连续纤维毡的空隙；
（4）烘干：将步骤（3）所得充满纳米乳液的无机连续纤维毡放入真空干燥箱烘干，在温度60~80℃、压力0.06Mpa下烘干1~3小时，即得到产品复合纳米孔绝热材料。
步骤（1）中制得的无机连续纤维毡厚度为12~18mm，容重为80~160kg/m3。
本发明具有如下优点：本发明摈弃了通常纳米孔绝热材料制备采用超临界状态干燥的复杂工艺，工序简单、成本低；无机连续纤维采用针刺成型，具有三维空间网络结构，其作为复合纳米孔绝热材料的骨架制得的成品具有无毒、环保、热导率低、强度高易施工的优点。
本发明制备的复合纳米孔绝热材料，密度为120~25kg/m3，常温导热系数≤0.024 W/m·k，抗拉强度≥100KPa，憎水率≥98%，最高使用温度≤1000℃，可广泛用于1000℃以下各种设备的防火、隔热。
具体实施方式
实施例1
复合纳米孔绝热材料，配方比例按重量份计，所述重量为固体部分的重量：无碱玻璃连续纤维65份、疏水型气相法白炭黑30份、碳化硅4份、苯-丙乳液1份。
所述复合纳米孔绝热材料，按重量份计步骤如下：
（1）无机连续纤维毡的制备：取无碱玻璃连续纤维，短切成长度为50~100mm的定长短切纤维；通过开松、梳理、铺网、针刺，制成无机连续纤维毡。厚度15mm，容重80~100kg/m3。
（2）纳米乳液的配制：将比表面积为200的疏水型气相法白炭黑28份、碳化硅4份、苯-丙乳液1份依次加入100份乙醇中，并用高速分散机1200~1600r/min搅拌8~12min，配置成质量浓度为20%~25%乳液，待用。
（3）复合：将步骤（1）厚度15mm，容重80~100kg/m3无碱玻璃连续纤维毡放入板框压滤机中，加入（2）纳米乳液，进行压滤，压力为0.1MPa，时间为30min，保持无碱玻璃连续纤维毡厚度10mm，至纳米乳充满无机连续纤维毡的空隙。
（4）烘干：将充满纳米乳的无碱玻璃连续纤维毡放入真空干燥箱，在温度60~80℃、压力0.06Mpa下烘干2小时，即得到复合纳米孔绝热材料。
制品密度：160~180㎏/m3；导热系数：0.023 W/m·k（常温）；抗拉强度：≥100KPa；憎水率：≥98%；最高使用温度：≤600℃。
实施例2
复合纳米孔绝热材料，配方比例按重量份计，所述重量为固体部分的重量：玄武岩连续纤维65份、疏水型气相法白炭黑30份、碳化硅4份、苯-丙乳液1份剂。
所述复合纳米孔绝热材料，按重量份计步骤如下：
（1）无机连续纤维毡的制备：取玄武岩连续纤维，短切成长度为50~100mm的定长短切纤维；通过开松、梳理、铺网、针刺，制成无机连续纤维毡。厚度15mm，容重100~120kg/m3。
（2）纳米乳液的配制：将比表面积为200的疏水型气相法白炭黑28份、碳化硅4份、苯-丙乳液1份依次加入100份乙醇中，并用高速分散机1200~1600r/min搅拌8~12min，配置成质量浓度为20%~25%乳液，待用。
（3）复合：将步骤（1）厚度15mm，容重100~120kg/m3玄武岩连续纤维毡放入板框压滤机中，加入（2）纳米乳液，进行压滤，压力为0.3MPa，时间15min，保持玄武岩连续纤维毡厚度10mm，至纳米乳充满无机连续纤维毡的空隙。
（4）烘干：将充满纳米乳的玄武岩连续纤维毡放入真空干燥箱，在温度60~80℃、压力0.06Mpa下烘干2小时，即得到复合纳米孔绝热材料。
制品密度：180~200㎏/m3；导热系数：0.023 W/m·k（常温）；抗拉强度：≥100KPa；憎水率：≥98%；最高使用温度：≤800℃。
实施例3
复合纳米孔绝热材料，配方比例按重量份计，所述重量为固体部分的重量：高硅氧连续纤维60份、疏水型气相法白炭黑 30份、纳米级三氧化二铝 5份、氧化锆4份、苯-丙乳液1份。
所述复合纳米孔绝热材料，按重量份计步骤如下：
（1）无机连续纤维毡的制备：取高硅氧连续纤维，短切成长度为50~100mm的定长短切纤维；通过开松、梳理、铺网、针刺，制成无机连续纤维毡。厚度15mm，容重120~140kg/m3。
（2）纳米乳液的配制：将比表面积为200的疏水型气相法白炭黑23份、 纳米级三氧化二铝 5份、氧化锆4份、苯-丙乳液1份依次加入100份乙醇中，并用高速分散机1200~1600r/min搅拌8~12min，配置成质量浓度为20%~25%乳液，待用。
（3）复合：将步骤（1）厚度15mm，容重100~120kg/m3高硅氧连续纤维毡放入板框压滤机中，加入（2）纳米乳液，进行压滤，压力为0.5MPa，时间5min，保持高硅氧连续纤维毡厚度10mm，至纳米乳充满无机连续纤维毡的空隙。
（4）烘干：将充满纳米乳的高硅氧连续纤维毡放入真空干燥箱，在温度60~80℃、压力0.06Mpa下烘干2小时，即得到复合纳米孔绝热材料。
制品密度：200~220㎏/m3；导热系数：0.023 W/m·k（常温）；抗拉强度：≥100KPa；憎水率：≥98%；最高使用温度：≤1000℃。
Claims (8)
1.一种复合纳米孔绝热材料的制备方法，所述复合纳米孔绝热材料的配方比例按重量份计如下：二氧化硅20~40份、三氧化二铝0~20份、遮光剂1~10份、粘结剂1~5份、无机连续纤维40~80份，以及循环使用的作为载体的溶剂80~100份；其特征是：所述制备方法按重量份计步骤如下：
（1）无机连续纤维毡的制备：取40~80份无机连续纤维，短切成长度为50~100mm的定长短切纤维；依次通过开松、梳理、铺网、针刺，制得无机连续纤维毡；
（2）纳米乳液的配制：将20~40份二氧化硅、1~10份遮光剂、1~5份粘结剂依次加入80~100份溶剂中，并用高速分散机在1200~1600r/min速度下搅拌8~12min，配置成质量浓度为20%~25%的纳米乳液，待用；
（3）复合：将步骤（1）制得的无机连续纤维毡放入板框压滤机中，加入步骤（2）制得的纳米乳液，进行压滤，压力为0.1~0.5MPa，时间5~30min；至纳米乳液充满无机连续纤维毡的空隙；
（4）烘干：将步骤（3）所得充满纳米乳液的无机连续纤维毡放入真空干燥箱烘干，在温度60~80℃、压力0.06Mpa下烘干1~3小时，即得到产品复合纳米孔绝热材料。
2.如权利要求1所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征是：步骤（1）中制得的无机连续纤维毡厚度为12~18mm，容重为80~160kg/m3。
3.如权利要求1所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征是：所述二氧化硅为纳米级二氧化硅，选自火焰硅灰或气相法白炭黑，其比表面积为200~300m2/g。
4.如权利要求1所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征是：所述三氧化二铝为纳米级三氧化二铝，其平均粒径≤30nm。
5.如权利要求1所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征是：所述遮光剂为氧化钛、氧化铁、氧化锆或碳化硅的微粉，其粒径≤3.5μm。
6.如权利要求1所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征是：所述粘结剂为环氧树脂乳液、苯-丙乳液或乙烯-醋酸乙烯酯乳液中的一种，其乳液粒径≤100nm。
7.如权利要求1所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征是：所述无机连续纤维为无碱玻璃纤维、高硅氧纤维或玄武岩纤维中的一种，其纤维直径在7-13μm。
8.如权利要求1所述复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征是：所述溶剂为水或乙醇中的一种。
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