CN102942352A - 纳米孔绝热管壳及其制备方法 - Google Patents

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周致中
尤仁兴
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Abstract

本发明涉及一种纳米孔绝热管壳及其制备方法，属于无机绝热材料技术领域。首先将二氧化硅、无机增强纤维和遮光剂预混，然后旋转进行纳米包覆，经过预压缩和压制得到成品纳米孔绝热管壳。采用纳米级二氧化硅与遮光剂、无机增强纤维直接进行机械融合工艺，摒弃了由硅源-溶胶-凝胶的复杂工艺路线，大大简化了生产工艺，降低了生产成本，易于实现规模化生产。本发明材料强度高、导热系数低、易于施工。

Description

纳米孔绝热管壳及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米孔绝热管壳及其制备方法，属于无机绝热材料技术领域。
背景技术
目前用于管道绝热保温的管壳主要为硅酸铝、矿岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、微孔硅酸钙等无机绝热材料，采用预制管壳，可大大提高施工效率，及绝热层的完整性，提高绝热效果。纳米孔绝热材料具有超低的导热系数，特别是在中、高温区域具有优异的低热导率性能，其绝热层厚度是普通绝热材料的1/3~1/5，制成管壳可大幅减少绝热层占用空间，节约外护层材料。但一般纳米孔绝热材料的制备工艺复杂，且制品强度低。近年来经工艺改进，可利用增强纤维制成复合纳米板或毯，因其施工性差，不适宜用于管道的绝热。本发明需要解决的技术问题是提供一种导热系数低，制作简便，能免去一般纳米孔绝热材料复杂制备过程，易于成形的纳米孔绝热管壳的制备方法，克服现有技术存在的上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服一般纳米孔绝热材料复杂制备过程，提供一种易于成形的纳米孔绝热管壳及其制备方法，
按照本发明提供的技术方案，纳米孔绝热管壳，配方比例按重量份计步骤如下：二氧化硅50~80份、无机增强纤维10~40份和遮光剂5~30份；
首先将二氧化硅、无机增强纤维和遮光剂预混，然后旋转进行纳米包覆，经过预压缩和压制得到成品纳米孔绝热管壳。
所述二氧化硅为纳米级二氧化硅，具体为火焰硅灰、气相法二氧化硅或气相法白炭黑中的一种或几种物质的混合物。
所述无机增强纤维为无碱玻璃纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、高硅氧纤维、莫来石纤维、陶瓷纤维中的一种。
所述遮光剂为氧化锆微粉、碳化硅微粉、二氧化钛微粉、三氧化二铬微粉或三氧化二铁微粉中的一种。
所述遮光剂微粉粒径0.5~3.5um。
所述纳米孔绝热管壳的制备方法，按重量份计步骤如下：
（1）预混：在预混搅拌桶内投入50~80份二氧化硅、10~40份无机增强纤维和5~30份遮光剂；在转速100~200r/min下，预混10~15min；
（2）纳米包覆：将步骤（1）预混好的物料投入纳米包覆机中，投入量为纳米包覆机容积的70%~80%，进行二氧化硅对遮光剂、无机增强纤维的表面包覆。先在400~600r/min下进行3~5分钟，接着提高转速至800~1000r/min，继续包覆5~10分钟结束出料；
（3）预压缩：将步骤（2）所得纳米混合物料装入厚膜塑料袋中，密封并抽真空进行负压收缩，至真空度≥700mmHg；
（4）压制：根据设定的管壳密度及规格，算出相应的重量，称取相对应的预压缩后的步骤（3）得到的纳米混合物料，装入管壳模具中，在压机上压制成型；压机压力1~2MPa，即得产品纳米孔绝热管壳。
步骤（1）所述无机增强纤维直径为5~13μm，长度3~10mm。
所述产品纳米孔绝热管壳密度350~450㎏/m3；导热系数常温下≤0.022W/m·K，500℃时≤0.030 W/m·K；抗压强度≥1 MPa；最高使用温度800℃。
本发明具有如下优点：采用纳米级二氧化硅与遮光剂、无机增强纤维直接进行机械融合工艺，摒弃了由硅源-溶胶-凝胶的复杂工艺路线，大大简化了生产工艺，降低了生产成本，易于实现规模化生产。本发明材料强度高、导热系数低、易于施工。
具体实施方式
实施例1
（1）预混：在预混搅拌桶内投入50份二氧化硅、10份无机增强纤维和5份遮光剂；在转速100r/min下，预混10min；
（2）纳米包覆：将步骤（1）预混好的物料投入纳米包覆机中，投入量为纳米包覆机容积的70%，进行二氧化硅对遮光剂、无机增强纤维的表面包覆。先在400r/min下进行3分钟，接着提高转速至800r/min，继续包覆5分钟结束出料；
（3）预压缩：将步骤（2）所得纳米混合物料装入厚膜塑料袋中，密封并抽真空进行负压收缩，至真空度≥700mmHg；
（4）压制：设定管壳密度350㎏/m3,根据管壳的规格，算出相应的重量，称取相对应的预压缩后的步骤（3）得到的纳米混合物料，装入管壳模具中，在压机上压制成型；压机压力1Mpa，即得产品密度350㎏/m3的纳米孔绝热管壳。
所述二氧化硅为纳米级二氧化硅，具体为气相法二氧化硅。
所述无机增强纤维为无碱玻璃连续纤维。
所述遮光剂为氧化锆微粉。
实施例2
（1）预混：在预混搅拌桶内投入80份二氧化硅、40份无机增强纤维和30份遮光剂；在转速200r/min下，预混15min；
（2）纳米包覆：将步骤（1）预混好的物料投入纳米包覆机中，投入量为纳米包覆机容积的80%，进行二氧化硅对遮光剂、无机增强纤维的表面包覆。先在600r/min下进行3分钟，接着提高转速至1000r/min，继续包覆10分钟结束出料；
（3）预压缩：将步骤（2）所得纳米混合物料装入厚膜塑料袋中，密封并抽真空进行负压收缩，至真空度≥700mmHg；
（4）压制：设定管壳密度为400㎏/m3，根据管壳的规格，算出相应的重量，称取相对应的预压缩后的步骤（3）得到的纳米混合物料，装入管壳模具中，在压机上压制成型；压机压力2MPa，即得产品密度400㎏/m3的纳米孔绝热管壳。
所述二氧化硅为纳米级二氧化硅，具体为气相法二氧化硅和气相法白炭黑的混合物。
所述无机增强纤维为玄武岩连续纤维。
所述遮光剂为碳化硅微粉、二氧化钛微粉。
实施例3
（1）预混：在预混搅拌桶内投入60份二氧化硅、20份无机增强纤维和20份遮光剂；在转速150r/min下，预混12min；
（2）纳米包覆：将步骤（1）预混好的物料投入纳米包覆机中，投入量为纳米包覆机容积的75%，进行二氧化硅对遮光剂、无机增强纤维的表面包覆。先在500r/min下进行4分钟，接着提高转速至900r/min，继续包覆8分钟结束出料；
（3）预压缩：将步骤（2）所得纳米混合物料装入厚膜塑料袋中，密封并抽真空进行负压收缩，至真空度≥700mmHg；
（4）压制：设定管壳密度为450㎏/m3，根据管壳的规格，算出相应的重量，称取相对应的预压缩后的步骤（3）得到的纳米混合物料，装入管壳模具中，在压机上压制成型；压机压力2MPa，即得产品密度450㎏/m3的纳米孔绝热管壳。
所述二氧化硅为气相法二氧化硅。
所述无机增强纤维为高硅氧连续纤维。
所述遮光剂为碳化硅、三氧化二铁微粉。

Claims (8)

1.纳米孔绝热管壳，其特征是配方比例按重量份计步骤如下：二氧化硅50~80份、无机增强纤维10~40份和遮光剂5~30份；
首先将二氧化硅、无机增强纤维和遮光剂预混，然后旋转进行纳米包覆，经过预压缩和压制得到成品纳米孔绝热管壳。
2.如权利要求1所述纳米孔绝热管壳，其特征是：所述二氧化硅为纳米级二氧化硅，具体为火焰硅灰、气相法二氧化硅或气相法白炭黑中的一种或几种物质的混合物。
3.如权利要求1所述纳米孔绝热管壳，其特征是：所述无机增强纤维为无碱玻璃纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、高硅氧纤维、莫来石纤维、陶瓷纤维中的一种。
4.如权利要求1所述纳米孔绝热管壳，其特征是：所述遮光剂为氧化锆微粉、碳化硅微粉、二氧化钛微粉、三氧化二铬微粉或三氧化二铁微粉中的一种。
5.如权利要求4所述纳米孔绝热管壳，其特征是：所述遮光剂微粉粒径0.5~3.5um。
6.权利要求1所述纳米孔绝热管壳的制备方法，其特征是按重量份计步骤如下：
（1）预混：在预混搅拌桶内投入50~80份二氧化硅、10~40份无机增强纤维和5~30份遮光剂；在转速100~200r/min下，预混10~15min；
（2）纳米包覆：将步骤（1）预混好的物料投入纳米包覆机中，投入量为纳米包覆机容积的70%~80%，进行二氧化硅对遮光剂、无机增强纤维的表面包覆；
先在400~600r/min下进行3~5分钟，接着提高转速至800~1000r/min，继续包覆5~10分钟结束出料；
（3）预压缩：将步骤（2）所得纳米混合物料装入厚膜塑料袋中，密封并抽真空进行负压收缩，至真空度≥700mmHg；
（4）压制：根据设定的管壳密度及规格，算出相应的重量，称取相对应的预压缩后的步骤（3）得到的纳米混合物料，装入管壳模具中，在压机上压制成型；压机压力1~2MPa，即得产品纳米孔绝热管壳。
7.如权利要求6所述纳米孔绝热管壳的制备方法，其特征是：步骤（1）所述无机增强纤维直径为5~13μm，长度3~10mm。
8.如权利要求6所述纳米孔绝热管壳的制备方法，其特征是：所述产品纳米孔绝热管壳密度350~450㎏/m3；导热系数常温下≤0.022W/m·K，500℃时≤0.030 W/m·K；抗压强度≥1 MPa；最高使用温度800℃。
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