CN106517996B - 超低导热率低收缩率的绝热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超低导热率低收缩率的绝热材料及其制备方法，本发明的绝热材料按重量份计包括以下原料组分：纳米级二氧化硅粉体60‑90份；珠光砂0.5‑1.5份；聚硅氧烷粉末憎水剂5‑8份；红外遮光剂2‑5份；增强纤维3‑10份；高温抗收缩剂5‑10份；通过在配方中加入珠光砂、聚硅氧烷粉末憎水剂及高温抗收缩剂，能够大幅降低绝热材料的线收缩率，提高了安全系数，并协同提高得到的绝热材料的耐压强度，本发明的绝热材料的导热系数800℃≤0.02，800℃*8h，线收缩率≤0.5％，耐压强度≥5MPa，具有广阔的应用前景。

Description

超低导热率低收缩率的绝热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米绝热材料技术领域，涉及一种绝热材料及其制备方法，尤其涉及一种超低导热率低收缩率的绝热材料及其制备方法。
背景技术
绝热材料(thermalinsulationmaterial)，能阻滞热流传递的材料，又称热绝缘材料。传统绝热材料，如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等，新型绝热材料，如气凝胶毡、真空板等。纳米级微孔绝热材料采用特殊的纳米级无机耐火粉料，纳米颗粒之间的接触为极小的点接触，点接触的热阻非常大，使得材料的传热效果应变非常小，导致纳米级微孔绝热材料的传导传热系数非常小。纳米微孔绝热材料广泛应用于冶金、机械、汽车、石化、电力、建材等多个领域。
工业炉和高温设备是我国工业能耗的重要用户，采用高效耐火绝热材料，是实现节能降耗的主要途径。冶金行业的CSP线、石化行业的乙烯裂解炉等高温炉外壁温度要求低于70℃。在保温厚度一定的条件下，常规的陶瓷纤维类产品达不到设计要求，需要采用导热系数更小的新型材料。由于纳米级微孔绝热材料与目前的绝热保温材料相比，隔热效果可提高2～10倍，因此目前多采用纳米级微孔绝热材料，但是目前市售的纳米级微孔绝热材料高温的收缩率比较大，在高温条件下应用时，给设备的正常运行带来了极大的风险，安全系数低，严重制约了此种材料在高温设备上的应用；而且鉴于外壁温度低的要求，使导热系数进一步降低，是亟待解决的问题。
CN 105084859A公开了一种绝热材料及其制备方法，其原料组分以质量百分比计为：纳米级二氧化硅粉体60-70％，红外遮光剂20-30％，增强纤维3-5％，高温抗收缩剂5-10％，按照该配方生产得到的产品最高使用温度1050℃，导热系数800℃≤0.04w/m.k，800℃*8h，线收缩率≤1％，耐压强度≥0.4MPa。但是，经过实验测定，其导热系数800℃仍高于0.025w/m.k，线收缩率高于0.55％，耐压强度达不到3MPa，这严重限制了它的进一步推广应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超低导热率低收缩率的绝热材料及其制备方法，制备得到的绝热材料导热系数更小、保温效果更好，同时具有更佳的高温抗收缩性，减少应用设备的高温事故风险；导热系数800℃在0.02w/m.k以下，线收缩率在0.5％以下，耐压强度在5MPa以上，而且本发明的制备方法简单方便，便于工业化生产。
本发明所述超低导热率指：导热系数800℃在0.02w/m.k以下。
本发明所述低收缩率指：800℃*8h，线收缩率在0.5％以下。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种超低导热率低收缩率的绝热材料，所述绝热材料的原料组分以重量份计包括：
作为本发明所述绝热材料的优选技术方案，一种绝热材料，所述绝热材料的原料组分以重量份计包括：
作为本发明所述绝热材料的又一优选技术方案，一种绝热材料，所述绝热材料的原料组分以重量份计包括：
优选地，所述的纳米级二氧化硅粉体为白炭黑、气相二氧化硅或二氧化硅气凝胶。
优选地，所述的红外遮光剂为碳化硅、二氧化钛中的一种或任意组合。
优选地，所述的增强纤维为高硅氧纤维或高铝纤维中的一种或任意组合。
优选地，所述的高温抗收缩剂为α-氧化铝粉或γ-氧化铝粉中的一种或任意组合。
优选地，所述珠光砂的比表面积为10m2/g。
第二方面，本发明提供如第一方面所述的绝热材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将重量百分比为60-90重量份的纳米级二氧化硅与3-10重量份的增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以1000-1500r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；
(2)将2-5重量份的红外遮光剂和5-10重量份的高温抗收缩剂加入步骤(1)的混合材料中，搅拌混合，获得混合材料；
(3)将0.5-1.5重量份的珠光砂和5-8重量份的聚硅氧烷粉末憎水剂加入到步骤(2)的混合材料中，以3000r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌3min；
(4)将步骤(3)所得的混合材料导入一定形状的模具中，干压成型，即得到高温超低导热率纳米级微孔绝热材料。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在配方中加入珠光砂、聚硅氧烷粉末憎水剂及高温抗收缩剂，能够大幅降低纳米级微孔绝热材料的线收缩率，提供安全性能，降低热导率，并协同提高得到的绝热材料的耐压强度；本发明制备的耐高温超低导热率低收缩率的绝热材料，导热系数(热面800℃)≤0.020w/m.k，耐压强度≥5MPa，线收缩率(800℃)≤0.5％，本发明制备的耐高温超低导热率低收缩率纳米级微孔绝热材料，具有导热系数小，高温线收缩小，耐压强度高，使用温度高，适用于石化、冶金、电力等工业炉和高温设备上；其制备方法简单方便，便于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
超低导热率低收缩率的绝热材料，由以下重量份的原料制成为：
制备方法：
(1)按上述配比将气相二氧化硅与增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以1000-1500r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；
(2)将红外遮光剂和高温抗收缩剂加入步骤(1)的混合材料中，搅拌混合，获得混合材料；
(3)将珠光砂和聚硅氧烷粉末憎水剂加入到步骤(1)的混合材料中，以3000r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌3min；
(4)将步骤(3)所得的混合材料导入一定形状的模具中，干压成型，即得到高温超低导热率纳米级微孔绝热材料。
经检测产品的导热系数(热面800℃)＝0.02w/m.k，耐压强度＝6MPa，线收缩率(800℃)＝0.4。
实施例2：
超低导热率低收缩率的绝热材料，由以下重量份的原料制成为：
制备方法：
(1)按上述配比将气相二氧化硅与增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以1000-1500r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；
(2)将红外遮光剂和高温抗收缩剂加入步骤(1)的混合材料中，搅拌混合，获得混合材料；
(3)将珠光砂和聚硅氧烷粉末憎水剂加入到步骤(1)的混合材料中，以3000r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌3min；
(4)将步骤(3)所得的混合材料导入一定形状的模具中，干压成型，即得到高温超低导热率纳米级微孔绝热材料。
经检测产品的导热系数(热面800℃)＝0.018w/m.k，耐压强度＝5.2MPa，线收缩率(800℃)＝0.42％。
实施例3：
超低导热率低收缩率的绝热材料，由以下重量份的原料制成为：
制备方法：
(1)按上述配比将气相二氧化硅与增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以1000-1500r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；
(2)将红外遮光剂和高温抗收缩剂加入步骤(1)的混合材料中，搅拌混合，获得混合材料；
(3)将珠光砂和聚硅氧烷粉末憎水剂加入到步骤(1)的混合材料中，以3000r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌3min；
(4)将步骤(3)所得的混合材料导入一定形状的模具中，干压成型，即得到高温超低导热率纳米级微孔绝热材料。
经检测产品的导热系数(热面800℃)＝0.015w/m.k，耐压强度＝5.5MPa，线收缩率(800℃)＝0.38％。
实施例4：
超低导热率低收缩率的绝热材料，由以下重量份的原料制成为：
(1)按上述配比将气相二氧化硅与增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以1000-1500r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；
(2)将红外遮光剂和高温抗收缩剂加入步骤(1)的混合材料中，搅拌混合，获得混合材料；
(3)将珠光砂和聚硅氧烷粉末憎水剂加入到步骤(1)的混合材料中，以3000r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌3min；
(4)将步骤(3)所得的混合材料导入一定形状的模具中，干压成型，即得到高温超低导热率纳米级微孔绝热材料。
经检测产品的导热系数(热面800℃)＝0.016w/m.k，耐压强度＝6.8MPa，线收缩率(800℃)＝0.35％。
对比例1
除不添加珠光砂外，其他制备方法和条件与实施例1相同。
经检测产品的导热系数(热面800℃)＝0.04w/m.k，耐压强度＝1.2MPa，线收缩率(800℃)＝0.52％。
对比例2
除不添加聚硅氧烷粉末憎水剂外，其他制备方法和条件与实施例1相同。
经检测产品的导热系数(热面800℃)＝0.045w/m.k，耐压强度＝2.0MPa，线收缩率(800℃)＝0.51％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.超低导热率低收缩率的绝热材料，其特征在于，所述绝热材料的原料组分以重量份计包括：
其中，所述的珠光砂的比表面积为10m2/g。
2.根据权利要求1所述的超低导热率低收缩率的绝热材料，其特征在于，所述绝热材料的原料组分以重量份计包括：
3.根据权利要求2所述的超低导热率低收缩率的绝热材料，其特征在于，所述绝热材料的原料组分以重量份计包括：
4.根据权利要求1所述的超低导热率低收缩率的绝热材料，其特征在于，所述的纳米级二氧化硅粉体为白炭黑、气相二氧化硅或二氧化硅气凝胶。
5.根据权利要求1所述的超低导热率低收缩率的绝热材料，其特征在于，所述的红外遮光剂为碳化硅、硅酸锆中的一种或任意组合。
6.根据权利要求1所述的超低导热率低收缩率的绝热材料，其特征在于，所述的增强纤维为高硅氧纤维或高铝纤维中的一种或任意组合。
7.根据权利要求1所述的超低导热率低收缩率的绝热材料，其特征在于，所述的高温抗收缩剂为α-氧化铝粉或γ-氧化铝粉中的一种或任意组合。
8.根据权利要求1-7任一项所述的超低导热率低收缩率的绝热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将重量百分比为60-90重量份的纳米级二氧化硅与3-10重量份的增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以1000-1500r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；
(2)将2-5重量份的红外遮光剂和5-10重量份的高温抗收缩剂加入步骤(1)的混合材料中，搅拌混合，获得混合材料；
(3)将0.5-1.5重量份的珠光砂和5-8重量份的聚硅氧烷粉末憎水剂加入到步骤(2)的混合材料中，以3000r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌3min；
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