CN108215365A - 一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料 - Google Patents

一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，本发明在最中间设置具有绝热的气凝胶层，并在气凝胶层外侧设置金属层，包括设置在中间为纳米气凝胶填充的绝热玻纤层，所述绝热玻纤层由纳米气凝胶填充植入于玻纤棉中形成，在所述绝热玻纤层的两侧为金属薄膜层；在所述金属薄膜层的外侧为耐磨防护层，耐磨防护层为由氧化石墨烯为基体的合金层，通过在所述金属薄膜层表面涂抹防护剂形成，所述防护剂的构成按照重量份为：氧化石墨烯30‑40份、Nafion溶液250‑300份、羟甲基纤维素5‑8份、乙酸镍5‑8份、硼氢化钾12‑18份、乙酸钴8‑15份、三氧化二铝10‑15份、五氧化二磷3‑5份。本发明金属层外两侧设置具有耐磨性能的氧化石墨烯硬质金属层，具有耐磨防水和绝热的综合性能。

Description

一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料
技术领域
本发明涉及气凝胶纳米技术领域，尤其涉及一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料。
背景技术
目前我国对蒸汽管道进行保温多年来一直沿用传统的保温方法，使用的保温材料主要有：岩棉、玻璃棉、硅酸盐制品等。由于这些材料不能防水或很容易受潮，故在使用过程中，很容易遇到水 或水蒸汽；而一旦遇到水，那么保温的效果就会大大降低直至全部伤失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，用以克服现有技术的技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，包括设置在中间为纳米气凝胶填充的绝热玻纤层，所述绝热玻纤层由纳米气凝胶填充植入于玻纤棉中形成，
在所述绝热玻纤层的两侧为金属薄膜层；
在所述金属薄膜层的外侧为耐磨防护层，耐磨防护层为由氧化石墨烯为基体的合金层，通过在所述金属薄膜层表面涂抹防护剂形成，所述防护剂的构成按照重量份为：氧化石墨烯30-40份、Nafion 溶液 250-300份、羟甲基纤维素5-8份、乙酸镍5-8份、硼氢化钾12-18份、乙酸钴8-15份、三氧化二铝10-15份、五氧化二磷3-5份。
进一步地，所述耐磨防护层的厚度为30-50nm。
进一步地，所述绝热玻纤层的厚度为70-80nm。
进一步地，所述金属薄膜层为镀锌膜，镀锌膜的厚度为50-60nm。
进一步地，所述Nafion 溶液的浓度为5-15%，溶剂为乙醇。
进一步地，所述氧化石墨烯的粒径为30-40目。
进一步地，乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷混合后制成硬质金属粒子，硬质金属粒子的直径为5-10目。
进一步地，所述耐磨防滑剂的制作过程为：
步骤a，按照重量份获取乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷，将上述材料混合均匀，并置入真空干燥箱中进行烘干处理，在马弗炉中进行高温焙烧，焙烧温度设定为1400-1600℃；将上述材料置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，大颗粒物质再次置入球磨机中处理，至全部可以过筛为止，再次充分混合均匀；将所有粉末状物质覆盖在冶炼炉内，升高冶炼温度至1600-1750℃，搅拌均匀，静置10-20分钟，待温度降至1400～1550℃，置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，选择颗粒5-10目；
步骤b，在浓度为5-15%的Nafion 溶液中，加入预设重量份的氧化石墨烯粉末，氧化石墨烯的粒径为30-40目，并加入预设重量份的羟甲基纤维素，并在150-300r/min的搅拌机中搅拌30分钟，并静置3-4小时；
步骤c，将上述步骤a获取的硬质合金粒子，采用高压粒子枪向上述步骤b中的Nafion溶液中注入高速硬质合金粒子，喷射速度为400m/s，喷射指定质量的硬质合金粒子；同时，在30-50r/min的搅拌机中搅拌，直至喷射完成粒子，制得耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料。
进一步地，纳米绝热材料的制作过程包括：
步骤a,耐磨防滑液的制作过程；
步骤a1，按照重量份获取乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷，将上述材料混合均匀，并置入真空干燥箱中进行烘干处理，在马弗炉中进行高温焙烧，焙烧温度设定为1400-1600℃；将上述材料置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，大颗粒物质再次置入球磨机中处理，至全部可以过筛为止，再次充分混合均匀；将所有粉末状物质覆盖在冶炼炉内，升高冶炼温度至1600-1750℃，搅拌均匀，静置10-20分钟，待温度降至1400～1550℃，置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，选择颗粒5-10目；
步骤a2，在浓度为5-15%的Nafion 溶液中，加入预设重量份的氧化石墨烯粉末，氧化石墨烯的粒径为30-40目，并加入预设重量份的羟甲基纤维素，并在150-300r/min的搅拌机中搅拌30分钟，并静置3-4小时；
步骤a3，将上述步骤a1获取的硬质合金粒子，采用高压粒子枪向上述步骤b中的Nafion溶液中注入高速硬质合金粒子，喷射速度为400m/s，喷射指定质量的硬质合金粒子；同时，在30-50r/min的搅拌机中搅拌，直至喷射完成粒子，制得耐磨防护液；
步骤b，将直径为50-55nm的纳米气凝胶填充植入厚度为70-80nm的玻纤棉中形成所述绝热玻纤层；
步骤c，在所述绝热玻纤层的两侧镀锌，镀锌膜的厚度为50-60nm；
步骤d，将上述步骤a制得的耐磨防护液涂抹至所述镀锌膜的两侧，风干后形成耐磨防护层，耐磨防护层的厚度为30-50nm。
与现有技术相比本发明的有益效果在于，本发明在最中间设置具有绝热的气凝胶层，并在气凝胶层外侧设置金属层，金属层外两侧设置具有耐磨性能的氧化石墨烯硬质金属层，具有耐磨防水和绝热的综合性能。
本发明在形成氧化石墨烯硬质金属的过程中，以Nafion 溶液为载体粘合为一体，通过几种材质的粘合、吸附、聚集形成防护剂，形成密集的颗粒状的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，本发明制得的埋没防护剂的内、外部结构具有较大的硬度及耐磨性。
相较于现有的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料一般通过结构稳定的金属材料形成晶状结构，通过表层晶状结构的结合形成硬性的耐磨材料，外部结构具有较大的硬度及耐磨性，但结构内部一般不能够达到要求，容易开裂。本发明耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料内外结构具有同等耐磨性，不易开裂。
具体实施方式
以下，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
下面描述本发明的优选实施方式。本领域技术座椅机构员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
本发明实施例的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料包括设置在中间为纳米气凝胶填充的绝热玻纤层，所述绝热玻纤层由纳米气凝胶填充植入于玻纤棉中形成，在本实施例中，绝热玻纤层的厚度为70-80nm。
在所述绝热玻纤层的两侧为金属薄膜层，在本实施例中，金属薄膜层为镀锌膜，镀锌膜的厚度为50-60nm。
在所述金属薄膜层的外侧为耐磨防护层，耐磨防护层的厚度为30-50nm在本实施例中，耐磨防护层为由氧化石墨烯为基体的合金层，按照重量份为：氧化石墨烯30-40份、Nafion 溶液 250-300份、羟甲基纤维素5-8份、乙酸镍5-8份、硼氢化钾12-18份、乙酸钴8-15份、三氧化二铝10-15份、五氧化二磷3-5份。
具体而言，氧化石墨烯独特的二维、周期蜂窝状结构，使其具有巨大的比表面积和优异的性能，其片层上含有很多含氧基团，具有较高的比表面能、良好的亲水性和机械性能，在水和大多数极性有机溶剂中具有很好的分散稳定性，具有良好的润湿性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插层后剥离，在改善材料的热学、电学、力学等综合性能方面发挥着非常重要的作用；氧化石墨烯层间距约0 .59nm ~0.67nm之间，比石墨层间距0.34nm大,有利于插层反应的进行。本发明实施例一方面利用氧化石墨烯作为基体，通过硬质合金包络在氧化石墨烯表层，由于氧化石墨烯具有较大空间，通过在片层之间以及外层形成连续的硬质合金层，形成的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料自内而外具有均匀持续的硬度和强度。另一方面，氧化石墨烯在有机溶剂中能够良好分散，氧化石墨烯能够均匀分散，便于与硬质合金充分结合，形成独立的氧化石墨烯硬质合金颗粒。本实施例中，氧化石墨烯的粒径为30-40目。
具体而言，本发明实施例的耐磨防护层，采用Nafion 溶液作为氧化石墨烯硬质合金颗粒的溶解液，Nafion中文名称:全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物, Nafion 溶液是全氟磺酸型聚合物溶液。在本实施例中，采用5-15%的全氟磺酸溶液，溶剂为乙醇，也即全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物与乙醇的重量份比为（5-15）:100。全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物有各种有机基团，因此，Nafion 溶液具有极好的分散性，本实施例利用Nafion 溶液对溶解于其内的微小颗粒的分散性，以及具有极强的黏附性能。在本实施例中，Nafion 溶液中溶解有氧化石墨烯粉末，通过Nafion 溶液的分散作用将氧化石墨烯粉末均匀分散，同时在外力作用下硬质合金进入溶液中，在溶液中高速运动的硬质合金在Nafion 溶液的黏附阻力作用下，逐渐贴合在氧化石墨烯的蜂窝状结构内，并在逐渐减速过程中，越来越多的硬质合金在溶液黏附力的作用下聚集在一起，形成以氧化石墨烯为核心的硬质合金耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料。同时，由于氧化石墨烯的蜂窝状结构，其表面接触的Nafion 溶液相较于平面结构更多，因此，氧化石墨烯沿其表层集聚硬质合金，硬质合金沿蜂窝状向外延展，形成内外均匀的硬质合金排列结构。
本发明在形成氧化石墨烯硬质金属的过程中，以Nafion 溶液为载体粘合为一体，通过几种材质的粘合、吸附、聚集并风干后形成耐磨防护液，本涂抹在金属表面形成耐磨防护层。
具体而言，羟甲基纤维素起到分散剂的作用，进一步分散加入Nafion 溶液中的氧化石墨烯，形成分散的粒子。
具体而言，乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷，将上述材料混合均匀，并置入真空干燥箱中进行烘干处理，随之在马弗炉中进行高温焙烧，焙烧温度设定为1400-1600℃；然后，将上述材料置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，大颗粒物质再次置入球磨机中处理，至全部可以过筛为止，再次充分混合均匀；最后，将所有粉末状物质覆盖在冶炼炉内，升高冶炼温度至1600-1750℃，搅拌均匀，静置10-20分钟，待温度降至1400～1550℃，置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，选择颗粒5-10目。本发明实施例的硬质合金具有极强的耐磨性，并且，包含软性的铝，在粒子状态，具有相互吸附的性能。
本发明实施例的纳米绝热材料的制作过程包括下述过程。
步骤a,耐磨防滑液的制作过程为：
步骤a1，按照重量份获取乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷，将上述材料混合均匀，并置入真空干燥箱中进行烘干处理，在马弗炉中进行高温焙烧，焙烧温度设定为1400-1600℃；将上述材料置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，大颗粒物质再次置入球磨机中处理，至全部可以过筛为止，再次充分混合均匀；将所有粉末状物质覆盖在冶炼炉内，升高冶炼温度至1600-1750℃，搅拌均匀，静置10-20分钟，待温度降至1400～1550℃，置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，选择颗粒5-10目。
步骤a2，在浓度为5-15%的Nafion 溶液中，加入预设重量份的氧化石墨烯粉末，氧化石墨烯的粒径为30-40目，并加入预设重量份的羟甲基纤维素，并在150-300r/min的搅拌机中搅拌30分钟，并静置3-4小时。
步骤a3，将上述步骤a1获取的硬质合金粒子，采用高压粒子枪向上述步骤b中的Nafion 溶液中注入高速硬质合金粒子，喷射速度为400m/s，喷射指定质量的硬质合金粒子；同时，在30-50r/min的搅拌机中搅拌，直至喷射完成粒子，制得耐磨防护液。
步骤b，将直径为50-55nm的纳米气凝胶填充植入厚度为70-80nm的玻纤棉中形成所述绝热玻纤层；
步骤c，在所述绝热玻纤层的两侧镀锌，镀锌膜的厚度为50-60nm；
步骤d，将上述步骤a制得的耐磨防护液涂抹至所述镀锌膜的两侧，风干后形成耐磨防护层，耐磨防护层的厚度为30-50nm。
至此，已结合优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，包括设置在中间为纳米气凝胶填充的绝热玻纤层，所述绝热玻纤层由纳米气凝胶填充植入于玻纤棉中形成，
在所述绝热玻纤层的两侧为金属薄膜层；
在所述金属薄膜层的外侧为耐磨防护层，耐磨防护层为由氧化石墨烯为基体的合金层，通过在所述金属薄膜层表面涂抹防护剂形成，所述防护剂的构成按照重量份为：氧化石墨烯30-40份、Nafion 溶液 250-300份、羟甲基纤维素5-8份、乙酸镍5-8份、硼氢化钾12-18份、乙酸钴8-15份、三氧化二铝10-15份、五氧化二磷3-5份。
2.根据权利要求1所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，所述耐磨防护层的厚度为30-50nm。
3.根据权利要求1所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，所述绝热玻纤层的厚度为70-80nm。
4.根据权利要求1所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，所述金属薄膜层为镀锌膜，镀锌膜的厚度为50-60nm。
5.根据权利要求1所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，所述Nafion 溶液的浓度为5-15%，溶剂为乙醇。
6.根据权利要求4所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，所述氧化石墨烯的粒径为30-40目。
7.根据权利要求4所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷混合后制成硬质金属粒子，硬质金属粒子的直径为5-10目。
8.根据权利要求1所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，所述耐磨防滑剂的制作过程为：
步骤a，按照重量份获取乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷，将上述材料混合均匀，并置入真空干燥箱中进行烘干处理，在马弗炉中进行高温焙烧，焙烧温度设定为1400-1600℃；将上述材料置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，大颗粒物质再次置入球磨机中处理，至全部可以过筛为止，再次充分混合均匀；将所有粉末状物质覆盖在冶炼炉内，升高冶炼温度至1600-1750℃，搅拌均匀，静置10-20分钟，待温度降至1400～1550℃，置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，选择颗粒5-10目；
步骤b，在浓度为5-15%的Nafion 溶液中，加入预设重量份的氧化石墨烯粉末，氧化石墨烯的粒径为30-40目，并加入预设重量份的羟甲基纤维素，并在150-300r/min的搅拌机中搅拌30分钟，并静置3-4小时；
步骤c，将上述步骤a获取的硬质合金粒子，采用高压粒子枪向上述步骤b中的Nafion溶液中注入高速硬质合金粒子，喷射速度为400m/s，喷射指定质量的硬质合金粒子；同时，在30-50r/min的搅拌机中搅拌，直至喷射完成粒子，制得耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料。
9.根据权利要求1所述的耐磨抗水气凝胶纳米绝热材料，其特征在于，纳米绝热材料的制作过程包括：
步骤a,耐磨防滑液的制作过程；
步骤a1，按照重量份获取乙酸镍、硼氢化钾、乙酸钴、三氧化二铝、五氧化二磷，将上述材料混合均匀，并置入真空干燥箱中进行烘干处理，在马弗炉中进行高温焙烧，焙烧温度设定为1400-1600℃；将上述材料置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，大颗粒物质再次置入球磨机中处理，至全部可以过筛为止，再次充分混合均匀；将所有粉末状物质覆盖在冶炼炉内，升高冶炼温度至1600-1750℃，搅拌均匀，静置10-20分钟，待温度降至1400～1550℃，置入密闭球磨机中进行打碎处理，并经过过筛筛选，选择颗粒5-10目；
步骤a2，在浓度为5-15%的Nafion 溶液中，加入预设重量份的氧化石墨烯粉末，氧化石墨烯的粒径为30-40目，并加入预设重量份的羟甲基纤维素，并在150-300r/min的搅拌机中搅拌30分钟，并静置3-4小时；
步骤a3，将上述步骤a1获取的硬质合金粒子，采用高压粒子枪向上述步骤b中的Nafion溶液中注入高速硬质合金粒子，喷射速度为400m/s，喷射指定质量的硬质合金粒子；同时，在30-50r/min的搅拌机中搅拌，直至喷射完成粒子，制得耐磨防护液；
步骤b，将直径为50-55nm的纳米气凝胶填充植入厚度为70-80nm的玻纤棉中形成所述绝热玻纤层；
步骤c，在所述绝热玻纤层的两侧镀锌，镀锌膜的厚度为50-60nm；
步骤d，将上述步骤a制得的耐磨防护液涂抹至所述镀锌膜的两侧，风干后形成耐磨防护层，耐磨防护层的厚度为30-50nm。
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