CN107352956A - 一种气溶胶灭火器用隔热材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消防设施系统技术领域,公开了一种气溶胶灭火器用隔热材料,以硅酸钠、水为原料得到水基硅凝胶,以苯乙烯树脂、苯酚‑间苯二胺树脂、玻璃纤维、碳纤维、纳米二氧化钛作为增强材料,得到改性的二氧化硅气凝胶隔热材料,研究了纳米二氧化硅的增强技术和工艺,采用二次凝胶法制备得到极小的表面密度、低导热率和折射率、极高的热稳定性和比表面积的隔热材料,在25℃下的导热系数为0.012W/m·K,导热系数随温度升高变化极慢,在800℃下的导热系数为0.035W/m·K。
Description
技术领域
本发明属于消防设施系统技术领域,具体涉及一种气溶胶灭火器用隔热材料。
背景技术
气溶胶灭火器由于它的灭火能力高,能以全淹没方式进行灭火,且对环境友好,能在常压下储存且无需耐压装置等诸多优点,越来越广泛的应用在不同领域。气溶胶灭火装置:按产生气溶胶的方式可分为热气溶胶和冷气溶胶。目前国内工程上应用的气溶胶灭火装置都属于热型,冷气溶胶灭火技术尚处于研制阶段,无正式产品。热气溶胶以负催化、破坏燃烧反应链等原理灭火。气溶胶与卤代烷类和惰性气体类哈龙替代技术不同,对臭氧层没有破坏作用,是通过自身的氧化还原反应燃烧之后的产物来进行灭火。气溶胶灭火剂是以固态形式存放的,且自身又不具有挥发性,所以不会存在泄露问题等问题,据有较长的保存年限,同时气溶胶灭火剂仍然存在着一些问题,如不对气溶胶灭火器进行有效的隔热降温措施,会导致的外壁和喷口温度过高,造成人员以及物资的损害。
由无定性的二氧化硅为代表的超隔热材料具有优异的隔热保温效果,有望在隔热保温工程中得到利用,然而现有未能解决的问题是制作成本高,高温下,导热系数大,并且机械性能差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题,提供了一种气溶胶灭火器用隔热材料,研究了纳米二氧化硅的增强技术和工艺,采用二次凝胶法制备得到极小的表面密度、低导热率和折射率、极高的热稳定性和比表面积的隔热材料。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种气溶胶灭火器用隔热材料,以硅酸钠、水为原料得到水基硅凝胶,以苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂、玻璃纤维、碳纤维、纳米二氧化钛作为增强材料,得到改性的二氧化硅气凝胶隔热材料,其制备方法包括以下步骤:
(1)将硅酸钠和水按照1:1的比例稀释搅拌均匀,水浴加热保温,在60-80转/分钟下缓慢加入浓度为5-6摩尔/升的盐酸,加入量为混合体系体积的25-30%,添加完后在300-350转/分钟下充分搅拌20-30分钟,将搅拌液放入密闭恒温箱在60-65℃下恒温放置,得到澄清透明的水基硅凝胶;
(2)向苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂中加入浓度为1.5-2.0摩尔/升的盐酸,加入量为混合树脂体积的50-60%,在搅拌下加入去离子水稀释,将体系pH值调节至6.0-6.5,将玻璃纤维、碳纤维放入纤维梳理机中进行蓬松处理,处理后加入到树脂混合体系中,再在高速搅拌下加入纳米二氧化钛,得到的混合物与步骤(1)中得到的水基硅凝胶混合搅拌,直至没有起泡产生,放置于室温下老化2-3天;
(3)将老化后的改性水凝胶放入超临界干燥器的干燥缸中,加入无水乙醇,浸没水凝胶,将干燥器中温度降低至4-6℃,通入液态二氧化碳,进行溶剂替换当水凝胶内的水和醇全部变成液态二氧化碳后,将干燥器内的条件改变为超临界状态,然后缓慢放出二氧化碳气体,当温度和压力降低至室内条件时,即得所述改性的二氧化硅气凝胶隔热材料。
作为对上述方案的进一步描述所述原料按照重量份计为:硅酸钠70-80份、水70-80份、苯乙烯树脂40-50份、苯酚-间苯二胺树脂30-35份、玻璃纤维20-25份、碳纤维15-20份、纳米二氧化钛5-10份。
作为对上述方案的进一步描述步骤(1)中水浴加热温度为50-60℃。
作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)中所述的超零界状态下的条件为:温度为28-30℃,压力为7.0-7.5MPa。
本发明相比现有技术具有以下优点:为了解决二氧化硅为代表的超隔热材料在高温下导热系数快速上升、稳定性差、制作成本高、机械性能也较弱的问题,本发明提供了一种气溶胶灭火器用隔热材料,以硅酸钠、水为原料得到水基硅凝胶,以苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂、玻璃纤维、碳纤维、纳米二氧化钛作为增强材料,得到改性的二氧化硅气凝胶隔热材料,研究了纳米二氧化硅的增强技术和工艺,采用二次凝胶法制备得到极小的表面密度、低导热率和折射率、极高的热稳定性和比表面积的隔热材料,以酸性纤维-树脂为结构骨架,将具有纳米孔结构的气凝胶填满骨架之间的空隙,防止了团聚,还加入了纳米二氧化钛,使结构更加稳定,导热系数随温度升高变化极慢,在25℃下的导热系数为0.012W/m·K,在800℃下的导热系数为0.035W/m·K。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种气溶胶灭火器用隔热材料,以硅酸钠、水为原料得到水基硅凝胶,以苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂、玻璃纤维、碳纤维、纳米二氧化钛作为增强材料,得到改性的二氧化硅气凝胶隔热材料,其制备方法包括以下步骤:
(1)将硅酸钠和水按照1:1的比例稀释搅拌均匀,水浴加热保温,在60转/分钟下缓慢加入浓度为5摩尔/升的盐酸,加入量为混合体系体积的25%,添加完后在300转/分钟下充分搅拌20分钟,将搅拌液放入密闭恒温箱在60℃下恒温放置,得到澄清透明的水基硅凝胶;
(2)向苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂中加入浓度为1.5摩尔/升的盐酸,加入量为混合树脂体积的50%,在搅拌下加入去离子水稀释,将体系pH值调节至6.0,将玻璃纤维、碳纤维放入纤维梳理机中进行蓬松处理,处理后加入到树脂混合体系中,再在高速搅拌下加入纳米二氧化钛,得到的混合物与步骤(1)中得到的水基硅凝胶混合搅拌,直至没有起泡产生,放置于室温下老化2天;
(3)将老化后的改性水凝胶放入超临界干燥器的干燥缸中,加入无水乙醇,浸没水凝胶,将干燥器中温度降低至4℃,通入液态二氧化碳,进行溶剂替换当水凝胶内的水和醇全部变成液态二氧化碳后,将干燥器内的条件改变为超临界状态,然后缓慢放出二氧化碳气体,当温度和压力降低至室内条件时,即得所述改性的二氧化硅气凝胶隔热材料。
作为对上述方案的进一步描述所述原料按照重量份计为:硅酸钠70份、水70份、苯乙烯树脂40份、苯酚-间苯二胺树脂30份、玻璃纤维20份、碳纤维15份、纳米二氧化钛5份。
作为对上述方案的进一步描述步骤(1)中水浴加热温度为50℃。
作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)中所述的超零界状态下的条件为:温度为28℃,压力为7.0MPa。
实施例2
一种气溶胶灭火器用隔热材料,以硅酸钠、水为原料得到水基硅凝胶,以苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂、玻璃纤维、碳纤维、纳米二氧化钛作为增强材料,得到改性的二氧化硅气凝胶隔热材料,其制备方法包括以下步骤:
(1)将硅酸钠和水按照1:1的比例稀释搅拌均匀,水浴加热保温,在70转/分钟下缓慢加入浓度为5.5摩尔/升的盐酸,加入量为混合体系体积的28%,添加完后在320转/分钟下充分搅拌25分钟,将搅拌液放入密闭恒温箱在63℃下恒温放置,得到澄清透明的水基硅凝胶;
(2)向苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂中加入浓度为1.8摩尔/升的盐酸,加入量为混合树脂体积的55%,在搅拌下加入去离子水稀释,将体系pH值调节至6.3,将玻璃纤维、碳纤维放入纤维梳理机中进行蓬松处理,处理后加入到树脂混合体系中,再在高速搅拌下加入纳米二氧化钛,得到的混合物与步骤(1)中得到的水基硅凝胶混合搅拌,直至没有起泡产生,放置于室温下老化2天;
(3)将老化后的改性水凝胶放入超临界干燥器的干燥缸中,加入无水乙醇,浸没水凝胶,将干燥器中温度降低至5℃,通入液态二氧化碳,进行溶剂替换当水凝胶内的水和醇全部变成液态二氧化碳后,将干燥器内的条件改变为超临界状态,然后缓慢放出二氧化碳气体,当温度和压力降低至室内条件时,即得所述改性的二氧化硅气凝胶隔热材料。
作为对上述方案的进一步描述所述原料按照重量份计为:硅酸钠75份、水75份、苯乙烯树脂45份、苯酚-间苯二胺树脂32份、玻璃纤维23份、碳纤维18份、纳米二氧化钛7份。
作为对上述方案的进一步描述步骤(1)中水浴加热温度为55℃。
作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)中所述的超零界状态下的条件为:温度为29℃,压力为7.3MPa。
实施例3
一种气溶胶灭火器用隔热材料,以硅酸钠、水为原料得到水基硅凝胶,以苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂、玻璃纤维、碳纤维、纳米二氧化钛作为增强材料,得到改性的二氧化硅气凝胶隔热材料,其制备方法包括以下步骤:
(1)将硅酸钠和水按照1:1的比例稀释搅拌均匀,水浴加热保温,在80转/分钟下缓慢加入浓度为6摩尔/升的盐酸,加入量为混合体系体积的30%,添加完后在350转/分钟下充分搅拌30分钟,将搅拌液放入密闭恒温箱在65℃下恒温放置,得到澄清透明的水基硅凝胶;
(2)向苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂中加入浓度为1.5-2.0摩尔/升的盐酸,加入量为混合树脂体积的60%,在搅拌下加入去离子水稀释,将体系pH值调节至6.5,将玻璃纤维、碳纤维放入纤维梳理机中进行蓬松处理,处理后加入到树脂混合体系中,再在高速搅拌下加入纳米二氧化钛,得到的混合物与步骤(1)中得到的水基硅凝胶混合搅拌,直至没有起泡产生,放置于室温下老化3天;
(3)将老化后的改性水凝胶放入超临界干燥器的干燥缸中,加入无水乙醇,浸没水凝胶,将干燥器中温度降低至6℃,通入液态二氧化碳,进行溶剂替换当水凝胶内的水和醇全部变成液态二氧化碳后,将干燥器内的条件改变为超临界状态,然后缓慢放出二氧化碳气体,当温度和压力降低至室内条件时,即得所述改性的二氧化硅气凝胶隔热材料。
作为对上述方案的进一步描述所述原料按照重量份计为:硅酸钠80份、水80份、苯乙烯树脂50份、苯酚-间苯二胺树脂35份、玻璃纤维25份、碳纤维20份、纳米二氧化钛10份。
作为对上述方案的进一步描述步骤(1)中水浴加热温度为60℃。
作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)中所述的超零界状态下的条件为:温度为30℃,压力为7.5MPa。
对比例1
与实施例1的区别仅在于,原料中不含有苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂,相关步骤省略,其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于,原料中不含有玻璃纤维、碳纤维,相关步骤省略,其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于,原料中不含有纳米二氧化钛,相关步骤省略,其余保持一致。
对比试验
分别对实施例1-3以及对比例1-3的方法加工制备隔热材料,应用在气溶胶灭火器的隔热层中,同时以珍珠岩棉材料作为隔热层,设置为对照组,灭火剂类型和用量相同,保持无关变量一致,进行灭火试验,灭火启动60秒后,利用红外测温仪测量反应区、冷却区以及喷口区外表面的温度,将试验结果记录如下表所示:
项目 | 反应区温度(℃) | 冷却区温度(℃) | 喷口区温度(℃) | 800℃下导热系数(W/m·K) |
实施例1 | 70 | 58 | 40 | 0.037 |
实施例2 | 68 | 55 | 37 | 0.035 |
实施例3 | 69 | 56 | 38 | 0.036 |
对比例1 | 215 | 172 | 143 | 0.19 |
对比例2 | 195 | 164 | 128 | 0.18 |
对比例3 | 186 | 158 | 119 | 0.16 |
对照组 | 310 | 223 | 167 | 0.21 |
通过试验可以看出:本发明制备的隔热材料,隔热性能好,加入了改性材料,提高了性能,降低了成本,综合适用性好。
Claims (4)
1.一种气溶胶灭火器用隔热材料,其特征在于,以硅酸钠、水为原料得到水基硅凝胶,以苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂、玻璃纤维、碳纤维、纳米二氧化钛作为增强材料,得到改性的二氧化硅气凝胶隔热材料,其制备方法包括以下步骤:
(1)将硅酸钠和水按照1:1的比例稀释搅拌均匀,水浴加热保温,在60-80转/分钟下缓慢加入浓度为5-6摩尔/升的盐酸,加入量为混合体系体积的25-30%,添加完后在300-350转/分钟下充分搅拌20-30分钟,将搅拌液放入密闭恒温箱在60-65℃下恒温放置,得到澄清透明的水基硅凝胶;
(2)向苯乙烯树脂、苯酚-间苯二胺树脂中加入浓度为1.5-2.0摩尔/升的盐酸,加入量为混合树脂体积的50-60%,在搅拌下加入去离子水稀释,将体系pH值调节至6.0-6.5,将玻璃纤维、碳纤维放入纤维梳理机中进行蓬松处理,处理后加入到树脂混合体系中,再在高速搅拌下加入纳米二氧化钛,得到的混合物与步骤(1)中得到的水基硅凝胶混合搅拌,直至没有起泡产生,放置于室温下老化2-3天;
(3)将老化后的改性水凝胶放入超临界干燥器的干燥缸中,加入无水乙醇,浸没水凝胶,将干燥器中温度降低至4-6℃,通入液态二氧化碳,进行溶剂替换当水凝胶内的水和醇全部变成液态二氧化碳后,将干燥器内的条件改变为超临界状态,然后缓慢放出二氧化碳气体,当温度和压力降低至室内条件时,即得所述改性的二氧化硅气凝胶隔热材料。
2.如权利要求1所述一种气溶胶灭火器用隔热材料,其特征在于,所述原料按照重量份计为:硅酸钠70-80份、水70-80份、苯乙烯树脂40-50份、苯酚-间苯二胺树脂30-35份、玻璃纤维20-25份、碳纤维15-20份、纳米二氧化钛5-10份。
3.如权利要求1所述一种气溶胶灭火器用隔热材料,其特征在于,步骤(1)中水浴加热温度为50-60℃。
4.如权利要求1所述一种气溶胶灭火器用隔热材料,其特征在于,步骤(3)中所述的超零界状态下的条件为:温度为28-30℃,压力为7.0-7.5MPa。
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