CN108032570B - 一种轻质高强耐海洋气候复合隔热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质高强复合隔热材料，按照材质依次分为：热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体、粘接剂、硅橡胶和反射隔热涂层；所述硅橡胶一侧与热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体之间采用粘接剂密封并通过模具固定，硅橡胶另一侧表面全部喷涂反射隔热涂层，放置固化成型。复合隔热材料的制备过程为选取制备热塑性树脂浸渍碳烧蚀体、粘接剂、硅橡胶和反射隔热涂层；在硅橡胶表面刷涂粘接剂，固化完全；涂有粘接剂的硅橡胶完全密封，硫化；在硅橡胶的表面喷涂隔热涂层并固化。所述复合隔热材料隔热性能优异、抗压强度高，并具有低密度、防水防油、耐盐雾、耐高低温交变、耐湿热性能好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔热材料，尤其涉及一种轻质高强耐海洋气候复合隔热材料及其制备方法。
背景技术
超级隔热保温材料可以用更轻的质量和更小的体积达到更好的隔热效果，是海洋舰船、航天军工、石油化工、电力储能、城市热网等领域首先采用的隔热材料。
然而，对于需要高承压、防水防油且兼顾耐盐雾、耐湿热、耐高低温度变化等复杂环境下使用的工况场合如宇航和海洋环境，往往无法直接使用气凝胶材料，这就需要我们研究以气凝胶及类似材料如热塑性树脂浸渍碳烧蚀体为核心复合隔热材料的结构与性能。在保持优异隔热性能的同时，提升复合隔热材料的综合性能，扩大其应用范围。
经对现有技术的文献检索发现，申请号为CN201521137607.0的中国发明专利公开了一种保温隔热套及隔热箱，用于电动汽车隔热安全保护，该材料采用铝箔防火布、气凝胶、玻璃纤维防火布和不锈钢网依序层叠、并通过紧固件连接固定的方法来实现。所述结构采用层叠和紧固件的方式实现复合，简单、抗震，但技术路线上无法实现高抗压强度、而且层间无法保证完全密封，起不到防水防油的效果。
申请号为CN201310053314.3 的中国发明专利公开了一种耐高温隔热夹层结构复合材料及其制备方法，适用于航空航天等领域。该材料包括上表面层、芯层和下表面层，其中上下表面层由耐高温纤维增强耐高温树脂复合材料组成、芯层为气凝胶材料。成型工艺为在选用的气凝胶材料表面通过针刺、穿刺或缝合方式包裹气凝胶，然后在表面喷涂耐高温树脂。
申请号为200920081416.5的中国实用新型专利公开了一种耐高温保温隔热复合材料，用于高温设备和热力管道保温隔热材料技术领域。它由纳米有机硅橡胶层、铝箔层和气凝胶陶瓷纤维毡层组成。
针对现有技术的不足，业界致力于开发一种新型轻质高强的复合隔热材料， 实施方式采用一体化模压成型的高温硫化硅橡胶包覆酚醛浸渍碳烧蚀体，然后表面喷涂高反射率隔热涂层。该材料具有高隔热性能，正面抗压强度大于5.0MPa，并兼具耐盐雾、耐霉菌、耐高低温老化和防水防油性能的需求，应用领域广泛。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种轻质高强复合隔热材料，满足高反射率、隔热抗压缩，并兼具耐盐雾、耐霉菌、耐高低温老化和防水防油性能的需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种轻质高强复合隔热材料，按照材质依次分为：热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体、粘接剂、硅橡胶和反射隔热涂层；所述硅橡胶一侧与热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体之间采用粘接剂密封并通过模具固定，硅橡胶另一侧表面全部喷涂反射隔热涂层，放置固化成型。
优选地，所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体为纤维增强的聚酰亚胺、酚醛、聚氨酯、各类纤维素等有机气凝胶以及金属掺杂类有机无机复合气凝胶；所述气凝胶的厚度为5mm~50mm。
进一步地，所述粘接剂为环氧树脂胶黏剂或有机硅胶黏剂。
优选地，所述硅橡胶为高温硫化硅橡胶或室温硫化硅橡胶；所述硅橡胶的厚度为1mm~3mm。进一步地，所述反射隔热涂层为有机硅类隔热涂层；所述反射隔热涂层的厚度为30~1000μm。
本发明的另一技术方案在于：提供一种制备上述轻质高强复合隔热材料的方法，包括如下步骤：
a. 选取制备所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体、粘接剂、硅橡胶和反射隔热涂层材料；
b.在所述硅橡胶一侧涂上粘接剂，然后盖在所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体四周将其密封并通过模具固定，加热加压固化定型得到包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀体；
c.在所述包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀体表面全部喷涂所述隔热涂层，放置固化成型。
进一步地，所述步骤b)中，所述硅橡胶为生胶，先在模具底部和四条侧边各铺设一层，然后将所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体放置于其中，最后在所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体上表面再铺设一层所述硅橡胶；所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体各部位铺设的硅橡胶厚度相同；所述粘接剂采用刷涂的方法涂覆于所述硅橡胶表面；所述加热温度为150℃~200℃，压力为5~10MPa，用于所述硅橡胶的硫化定型。
进一步地，所述步骤c)中，所述包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀体进行清洁干燥处理；所述反射隔热涂层通过分阶段空气喷涂成型，首次喷涂所述包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀体的四个侧面和上表面， 24小时后再喷涂背面；所述反射隔热涂层的固化工艺为常温固化七天。
由此可见，本发明具有如下技术效果：
1.本发明的复合隔热材料通过有机硅反射隔热涂层、硅橡胶包覆于热塑性树脂浸渍碳烧蚀体的表面，所采用的涂层和硅橡胶材料均具有低热导率、防水防油和“三防”性能，在海洋环境、外太空辐射环境下，起到长时间保温隔热的作用。
2.本发明通过采用纤维增强的聚酰亚胺、酚醛、聚氨酯、各类纤维素等有机气凝胶以及金属掺杂类有机无机复合气凝胶，一方面克服气凝胶力学性能较差易坍塌的缺陷，另一方面同时未明显降低气凝胶的隔热性能；通过综合纤维类型、气凝胶种类及反应物配比等，经过反复试验验证，实现最大程度提高热塑性树脂浸渍碳烧蚀体的抗压缩强度以及最小程度降低热塑性树脂浸渍碳烧蚀体的导热系数从而达到本发明的最佳的保温隔热的目的。
3. 本发明的热塑性树脂浸渍碳烧蚀体厚度为5~50mm之间，硅橡胶厚度为1~3mm，具有较高的抗压缩性能，使复合隔热材料具有良好的柔韧性及强度同时兼顾不同重量和厚薄需求，在海洋船只表面等应用场合具有优势。
4.本发明的制作方法简单易行，粘接剂粘接方法简单可靠。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的轻质高强复合隔热材料的材质分层结构示意图；
图2是本发明的轻质高强复合隔热材料的制备发明流程示意图。
具体实施方式
图1为本发明的一个较佳实施例的结构示意图，可以看出，一种轻质高强复合隔热材料，包括热塑性树脂浸渍碳烧蚀体4、粘接剂3、硅橡胶2和反射隔热涂层1；热塑性树脂浸渍碳烧蚀体为石英纤维增强间苯二酚-甲醛型酚醛气凝胶。粘接剂为耐热性有机硅胶黏剂；硅橡胶为过氧化物硫化型高温硫化硅橡胶，基体为甲基苯基硅橡胶；反射隔热涂层为聚甲基硅氧烷树脂基隔热涂层。
通过申请人综合树脂浓度、树脂/催化剂配比、纤维类型等因素，优选间苯二酚-甲醛反应物浓度为0.5g/mL，固化剂配比为6∶1。通过控制间苯二酚-甲醛的浓度浓度和固化剂配比，一方面克服热塑性树脂浸渍碳烧蚀体4中“珠链”旋接而成的网络骨架结构过于松散从而使得材料力学性能不足则抗压效果达不到的缺陷，另一方面克服若网络结构骨架强度过高反而造成热塑性树脂浸渍碳烧蚀体间隔热性能下降的缺陷；实现最大程度满足抗压要求同时保证隔热性能从而达到本实施例的最佳的抗压、保温隔热目的。所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体4的厚度为16mm；所述粘接剂2为单组份耐高温有机硅胶黏剂。
另外，申请人还通过研究了硅橡胶2在不同厚度、不同强度和热导率的优化组合问题，得出应用环境下具有最佳综合隔热能力、优异的柔韧性能和强度的配置方式。具体为：过氧化二异丙苯硫化的高温硫化甲基苯基硅橡胶2，单层厚度2mm、耐温大于等于250℃、在常温常压下导热系数为0.18W/（m·K）、抗拉强度大于等于5.0MPa、断裂伸长率大于等于250%。由此，保证了本实施例的复合隔热材料在轻薄灵活的同时兼具良好的柔韧性及强度，符合应用于抗压，耐高温、“三防”等性能要求的场合。
本实施例的反射隔热涂层1为高反射率有机硅隔热涂层，单层厚度为100μm，喷涂成型，反射率0.85、耐高低温，可反射太阳光从而减少辐射传热同时导热系数小于等于0.12W/（m·K），起到增强隔热的目的。
本实施例的轻质高强复合隔热材料的制作方法包括如下工序：
a.选取制备所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体4、粘接剂3、硅橡胶2和反射隔热涂层1材料；
b.在所述硅橡胶2一侧涂上粘接剂3，然后盖在所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体4四周将其密封并通过模具固定，加热加压固化定型得到硅橡胶2包覆的热塑性树脂浸渍碳烧蚀体；
c.在所述硅橡胶2表面全部喷涂所述反射隔热涂层，放置固化成型。
具体地，所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀体4为间苯二酚-甲醛与六亚甲基四胺催化反应得到的酚醛有机气凝胶，厚度为16mm；所述粘接剂3为单组份耐高温有机硅胶黏剂；所述硅橡胶2为过氧化二异丙苯硫化的甲基苯基型硅橡胶，单层厚度为2mm，耐温大于等于250℃、在常温常压下导热系数为0.18W/（m·K）、抗拉强度大于等于10.0MPa、断裂伸长率大于等于200%；所述反射隔热涂层1为喷涂型有机硅隔热涂层，反射率0.85、导热系数小于等于0.12 W/（m·K）。
在工序b)中，所述硅橡胶2为生胶，先在模具底部和四条侧边各铺设一层，然后将所述酚醛有机气凝胶4放置于其中，最后在所述酚醛有机气凝胶4上表面再铺设一层所述硅橡胶；所述酚醛有机气凝胶4各部位铺设的硅橡胶厚度相同；所述粘接剂3采用刷涂的方法涂覆于所述硅橡胶2表面；所述加热温度为150℃~200℃，压力为5~10MPa，用于所述硅橡胶2的硫化定型。
优选地，所述工序c)中，所述硅橡胶2表面进行清洁干燥处理；所述粘接剂3施工后，常温放置固化24小时；所述反射隔热涂层1通过分阶段空气喷涂成型，首次喷涂所述硅橡胶2的四个侧面和上表面， 24小时后再喷涂背面；所述反射隔热涂层1的固化工艺为常温固化七天。
本实施例的轻质高强复合隔热材料，制备过程为选取制备酚醛有机气凝胶4、粘接剂3、硅橡胶2和反射隔热涂层1；在硅橡胶2表面刷涂粘接剂3，固化完全；涂有粘接剂3的硅橡胶2完全密封，硫化；在硅橡胶2的表面喷涂反射隔热涂层1并固化。所述复合隔热材料隔热性能优异、抗压强度高，并具有低密度、三防性能好等特点；其中正面承压强度超过5MPa，常温热导率可达0.04W/m·K，长期耐温250℃不老化，满足环境复杂的海洋船只、航天器等应用环境要求。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种轻质高强耐海洋气候复合隔热材料，其特征在于，按照材质依次分为：热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体、粘接剂、硅橡胶和反射隔热涂层；所述硅橡胶一侧与热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体之间采用粘接剂密封并通过模具固定，硅橡胶另一侧表面全部喷涂反射隔热涂层，放置固化成型；所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体为石英纤维增强间苯二酚-甲醛型酚醛气凝胶；硅橡胶为过氧化物硫化型高温硫化硅橡胶，基体为甲基苯基硅橡胶。
2.根据权利要求1所述的轻质高强耐海洋气候复合隔热材料，其特征在于，所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体的厚度为5mm~50mm。
3.根据权利要求1所述的轻质高强耐海洋气候复合隔热材料，其特征在于，所述粘接剂为环氧树脂胶黏剂或有机硅胶黏剂。
4.根据权利要求1所述的轻质高强耐海洋气候复合隔热材料，其特征在于，所述硅橡胶厚度为1mm~5mm。
5.根据权利要求1所述的轻质高强耐海洋气候复合隔热材料，其特征在于，所述反射隔热涂层的厚度为30~1000μm，采用有机硅类隔热涂层。
6.基于权利要求1所述的轻质高强耐海洋气候复合隔热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a. 选取制备所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体、粘接剂、硅橡胶和反射隔热涂层材料；
b. 在所述硅橡胶一侧涂上粘接剂，然后盖在所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体四周将其密封并通过模具固定，加热加压固化定型得到包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体；
c. 在所述包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体表面全部喷涂所述反射隔热涂层，放置固化成型。
7.根据权利要求6所述的轻质高强耐海洋气候复合隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述硅橡胶为生胶，先在模具底部和四条侧边各铺设一层，然后将所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体放置于其中，最后在所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体上表面再铺设一层所述硅橡胶；所述热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体各部位铺设的硅橡胶厚度相同；所述粘接剂采用刷涂的方法涂覆于所述硅橡胶表面；所述加热温度为150℃~200℃，压力为5~10MPa，用于所述硅橡胶的硫化定型。
8.根据权利要求6所述的轻质高强耐海洋气候复合隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，所述包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体进行清洁干燥处理；所述反射隔热涂层通过分阶段空气喷涂成型，首次喷涂所述包覆热塑性树脂浸渍碳烧蚀块体的四个侧面和上表面， 24小时后再喷涂背面；所述反射隔热涂层的固化工艺为常温固化七天。
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