CN108641361B - 一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108641361B
CN108641361B CN201810368790.7A CN201810368790A CN108641361B CN 108641361 B CN108641361 B CN 108641361B CN 201810368790 A CN201810368790 A CN 201810368790A CN 108641361 B CN108641361 B CN 108641361B
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic silicon
fiber felt
fiber
composite material
silane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810368790.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108641361A (zh
Inventor
龙东辉
姚鸿俊
董金鑫
朱召贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN201810368790.7A priority Critical patent/CN108641361B/zh
Publication of CN108641361A publication Critical patent/CN108641361A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108641361B publication Critical patent/CN108641361B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/10—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/14—Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法，该复合材料以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体，通过配制有机硅溶液、溶液浸渍柔性纤维毡、溶胶‑凝胶过程、洗涤‑干燥等步骤制备得到。与现有技术相比，本发明制备得到的材料隔热性能优异，具有很高的机械耐用性和疏水性，制备工艺简单，成本低，同时具有一定柔性，使得其可设计性强，易于后期尺寸裁剪。整体上符合基本的隔热需求，可以应用到建筑、墙体和管道等多个领域中。

Description

一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于隔热材料领域，尤其是涉及一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法。
背景技术
SiO2气凝胶是一种轻质多孔的无机非金属材料，是由SiO2粒子构建而成的介 孔结构，具有极低的密度和热导率，这使其在绝热保温方面具有独特优势，广泛应 用于航空航天、工业、军用及民用等领域。纯SiO2气凝胶本身较脆，受力易碎裂， 于是通过引入有机部分到无机网络制成有机硅气凝胶来实现柔性和疏水性。纤维的 增强又能够良好的改善其力学性能。有机硅气凝胶主要是通过工艺技术较为成熟的 溶胶-凝胶法制备，改变前躯体成分或者浓度可以改变气凝胶的分子组成以及微观 结构从而实现在吸附、填充和隔热等不同领域中的应用。
在国内专利CN 1803602A中公开了一种水镁石纤维增强SiO2气凝胶隔热材 料。以水玻璃及水镁石短纤维为原料，并加入TiO2等无机遮光剂粒子，制得的一 种纤维增强的气凝胶隔热材料，且具有良好的疏水性，密度为0.20-0.50g/cm3，导 热系数为0.010-0.030W/m·K。但材料中SiO2本质的脆性没有得到改善且该材料的 疏水性需要后期处理才能赋予，增加工艺复杂性。
在CN 102351507A中涉及一种以价格低廉、来源充足的农业废料稻売灰为原 料制备纤维增强SiO2气凝胶。将稻売灰经无机碱溶液浸取后经处理生成二氧化硅 溶胶与增强纤维复合经老化、水洗、溶剂置換、干燥，制备出纤维增强的SiO2气 凝胶。密度为0.1-0.4g/cm3，比表面积可达400-700m2/g，抗压强度为0.5-2.5MPa。 虽然原材料成本较低，但后续处理所需的步骤繁琐且没有报道该材料的隔热性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种纤维增强的 有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体。
优选地，所述硅氧烷聚合物的质量分数为20-80％，所述柔性纤维毡的质量分 数为80-20％。
优选地，具有多孔结构的硅氧烷聚合物的比表面积58.98-521.3m2/g，孔容0.141-0.656cm3/g。
优选地，所述柔性纤维毡的厚度为3-40mm，密度为120-500kg/m3，纤维毡 的结构形式包括针刺网胎、穿刺网胎、多层缝合和编织结构。
纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，采用以下步骤；
(1)配制有机硅溶液：将硅烷偶联剂、尿素、表面活性剂溶解于酸性水溶液 中，控制硅烷偶联剂、水、酸、尿素、表面活性剂的摩尔比为1：24：[(0.42-4.2)×10-3]： (0.48-2.4)：[(3.55-35.5)×10-2]，完全溶解后剧烈搅拌0.5-1h后得到有机硅溶液；
(2)柔性纤维毡的热处理：将柔性纤维毡放置在80-120℃的环境下进行热处 理；
(3)有机硅溶液浸渍柔性纤维毡：采用常压浸渍法、低压灌注法或真空浸渍 法，将有机硅溶液充分浸渍柔性纤维毡；
(4)溶胶-凝胶反应：将浸渍有机硅溶液的柔性纤维毡置于密封的模具中，然 后在60～80℃的条件下进行溶胶-凝胶反应，并在该反应温度下老化1-24h；
(5)复合材料的洗涤和干燥：产品在常温常压下用甲醇洗涤3次，然后置于 50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，得到纤维增强的有机硅气凝胶隔热复 合材料，制作得到的复合材料密度在200-300Kg/m3，室温热导率在0.03-0.05 W/m·K，拉伸强度在1.0-4.0MPa。
步骤(1)中，所述硅烷偶联剂包括二功能基硅烷、三功能基硅烷或四功能基 硅烷；所述表面活性剂为聚氧丙烯和聚氧乙烯的嵌段共聚物、十六烷基三甲基氯化 铵或十六烷基三甲基溴化铵中的一种；所述的酸为甲酸、乙酸或草酸中的一种。
优选地，所述二功能基硅烷包括二甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷 或乙烯基甲基二甲氧基硅烷，所述三功能基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲 氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷，所述四功能基硅烷包括正硅酸甲酯或正硅酸乙 酯。
步骤(2)中所述柔性纤维毡采用陶瓷基纤维。
优选地，所述陶瓷基纤维为玻璃纤维、石英纤维、莫来石纤维或氧化铝纤维， 或者由以上两种或几种纤维混编而成。
步骤(3)中，所述的常压浸渍法是将柔性纤维毡密封后置于模具中，模具中 的压力为1bar，利用有机硅溶液浸渍柔性纤维毡，所述的低压灌注法是将柔性纤 维毡置于未抽真空的模具中，密封后，通过低压将有机硅溶液灌注到模具中，所述 的真空浸渍法是将柔性纤维毡置于抽真空的模具中，密封后，模具中的压力为0 bar，利用有机硅溶液浸渍柔性纤维毡。
与现有技术相比，本发明由有机硅气凝胶和柔性纤维毡复合而成，宏观、微观 形貌可控，密度低且柔性好，且具有优异隔热性能。这是因为制备的复合材料具有 典型的有机硅气凝胶/纤维复合结构，有机硅气凝胶本身具有多孔网络结构，其孔 隙直径小于气体分子自由程，从而限制气体分子的对流传热，有效的阻止表面热量 向内部传递。用柔性纤维作为增强体可以大幅度提高其力学性能。整体来看，复合 材料制备工艺简单、成本低，可加工性强。
附图说明
图1为柔性热防护复合材料的外观照片；
图2为不同制备工艺条件得到RTV655硅橡胶与陶瓷纤维毡复合材料SEM图；
图3为不同制备工艺条件得到RTV615硅橡胶与陶瓷纤维毡复合材料SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。 这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS(甲基三甲氧基硅烷)、DMDMS(二甲基二甲氧 基硅烷)和CTAC(十六烷基三甲基氯化铵)剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅溶液。 其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、CTAC的质量比例为14.41：43.21： 11.44：1.93：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为255Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度2.03MPa，拉伸延展率为2.39％。
实施例2
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅 溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、CTAC的质量比例为14.41： 43.21：10.18：2.96：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为256Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.49MPa，拉伸延展率为3.61％。
实施例3
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅 溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、CTAC的质量比例为14.41： 43.21：10.18：2.96：2.27。
将密度为120Kg/m3的玻璃纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的不 锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维毡， 直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经 12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗涤 3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完 全干燥，制备出有机硅气凝胶/玻璃纤维隔热型复合材料，密度为208Kg/m3，室温 热导率为0.035928W/m·K，拉伸强度约为1.5MPa，拉伸延展率约为4％。
实施例4
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅 溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、CTAC的质量比例为14.41： 43.21：9.26：3.85：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为250Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.04MPa，拉伸延展率为3.32％。
实施例5
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅 溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、CTAC的质量比例为14.41： 43.21：8.04：4.93：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为261Kg/m3， 室温热导率为0.044801W/m·K，拉伸强度为0.57MPa，拉伸延展率为1.86％。
实施例6
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅 溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、CTAC的质量比例为2.88： 43.21：8.04：4.93：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为255Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.61MPa，拉伸延展率为1.63％。
实施例7
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅 溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、CTAC的质量比例为23.06： 43.21：8.04：4.93：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为259Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.49MPa，拉伸延展率为2.15％。
实施例8
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS、DMPMS(苯基甲基二甲氧基硅烷) 和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、 DMDMS、DMPMS、CTAC的质量比例为14.41：43.21：11.44：0.96：1.46：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为253Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.68MPa，拉伸延展率为5.33％。
实施例9
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS、DMPMS(苯基甲基二甲氧基硅烷) 和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、 DMDMS、DMPMS、CTAC的质量比例为14.41：43.21：10.35：1.44：2.19：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为256Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.71MPa，拉伸延展率为4.94％。
实施例10
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS、DMPMS和CTAC剧烈搅拌0.5-1h 得到有机硅溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、DMDMS、DMPMS、CTAC 的质量比例为14.41：43.21：10.35：1.44：2.19：2.27。
将密度为150Kg/m3的石英网胎纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英网胎纤维隔热型复合材料，密度为235Kg/m3， 室温热导率为0.038887W/m·K，拉伸强度为0.92MPa，拉伸延展率为0.48％。
实施例11
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS、DMPMS(苯基甲基二甲氧基硅烷) 和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、 DMDMS、DMPMS、CTAC的质量比例为14.41：43.21：9.26：1.92：2.92：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为272Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.69MPa，拉伸延展率为2.49％。
实施例12
分别称取一定量尿素和醋酸(5mmol/L)中，加入到反应釜中，机械搅拌直至完 全溶解，然后再依次加入MTMS、DMDMS、DMPMS(苯基甲基二甲氧基硅烷) 和CTAC剧烈搅拌0.5-1h得到有机硅溶液。其中尿素、醋酸(5mmol/L)、MTMS、 DMDMS、DMPMS、CTAC的质量比例为14.41：43.21：8.17：2.40：3.65：2.27。
将密度为170Kg/m3的石英针刺纤维毡裁剪成一份大小为150×150mm2，并置 于100℃烘箱中热处理6h以上；热处理后的石英针刺纤维毡平铺在实验室定制的 不锈钢模具中，用上述配备的有机硅溶液在常温常压下缓慢地浸渍石英针刺纤维 毡，直至有机硅浸渍液可以完全浸润，然后把模具密封，将其放置于80℃烘箱中， 经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型后；首先将成型的样品在常温常压下用甲醇洗 涤3次；然后将其置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本 完全干燥，制备出有机硅气凝胶/石英针刺纤维隔热型复合材料，密度为265Kg/m3， 室温热导率约为0.045W/m·K，拉伸强度为1.53MPa，拉伸延展率为4.21％。
实施例13
一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体，其中具有多孔结构的硅氧烷聚合物的比表面积 58.98m2/g，孔容0.141cm3/g，质量分数为20％，柔性纤维毡的厚度为3mm，密度 为120kg/m3，纤维毡的结构形式为穿刺网胎的编织结构，质量分数为80％。
纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，采用以下步骤；
(1)配制有机硅溶液：将硅烷偶联剂甲基三甲氧基硅烷、尿素、表面活性剂 聚氧丙烯和聚氧乙烯的嵌段共聚物溶解于乙酸性水溶液中，控制硅烷偶联剂、水、 酸、尿素、表面活性剂的摩尔比为1：24：0.42×10-3：0.48：3.55×10-2，完全溶解 后剧烈搅拌0.5h后得到有机硅溶液；
(2)柔性纤维毡的热处理：将柔性玻璃纤维毡放置在80℃的环境下进行热处 理；
(3)有机硅溶液浸渍柔性纤维毡：采用常压浸渍法，将柔性玻璃纤维毡密封 后置于模具中，模具中的压力为1bar，将有机硅溶液充分浸渍柔性纤维毡；
(4)溶胶-凝胶反应：将浸渍有机硅溶液的柔性纤维毡置于密封的模具中，然 后在60℃的条件下进行溶胶-凝胶反应，并在该反应温度下老化24h；
(5)复合材料的洗涤和干燥：产品在常温常压下用甲醇洗涤3次，然后置于 50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，得到纤维增强的有机硅气凝胶隔热复 合材料，制作得到的复合材料密度在200Kg/m3，室温热导率在0.03W/m·K，拉伸 强度在1.0MPa。
实施例14
一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体，其中具有多孔结构的硅氧烷聚合物的比表面积 521.3m2/g，孔容0.656cm3/g，质量分数为50％，柔性纤维毡的厚度为20mm，密度 为400kg/m3，纤维毡的结构形式为多层缝合结构，质量分数为50％。
纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，采用以下步骤；
(1)配制有机硅溶液：将硅烷偶联剂二甲基二甲氧基硅烷、尿素、表面活性 剂十六烷基三甲基氯化铵溶解于甲酸水溶液中，控制硅烷偶联剂、水、酸、尿素、 表面活性剂的摩尔比为1：24：2×10-3：1：15×10-2，完全溶解后剧烈搅拌1h后得 到有机硅溶液；
(2)柔性纤维毡的热处理：将柔性石英纤维毡放置在100℃的环境下进行热 处理；
(3)有机硅溶液浸渍柔性纤维毡：采用低压灌注法，将柔性石英纤维毡置于 未抽真空的模具中，密封后，通过低压将有机硅溶液灌注到模具中将有机硅溶液充 分浸渍柔性纤维毡；
(4)溶胶-凝胶反应：将浸渍有机硅溶液的柔性纤维毡置于密封的模具中，然 后在70℃的条件下进行溶胶-凝胶反应，并在该反应温度下老化12h；
(5)复合材料的洗涤和干燥：产品在常温常压下用甲醇洗涤3次，然后置于 50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，得到纤维增强的有机硅气凝胶隔热复 合材料，制作得到的复合材料密度在260Kg/m3，室温热导率在0.04W/m·K，拉伸 强度在3.0MPa。
实施例15
一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体，其中具有多孔结构的硅氧烷聚合物的比表面积 521.3m2/g，孔容0.656cm3/g，质量分数为80％，柔性纤维毡的厚度为40mm，密度 为500kg/m3，纤维毡的结构形式为编织结构，质量分数为20％。
纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，采用以下步骤；
(1)配制有机硅溶液：将硅烷偶联剂正硅酸甲酯、尿素、表面活性剂十六烷 基三甲基溴化铵溶解于酸性水溶液中，控制硅烷偶联剂、水、酸、尿素、表面活性 剂的摩尔比为1：24：4.2×10-3：2.4：35.5×10-2，完全溶解后剧烈搅拌1h后得到有 机硅溶液；
(2)柔性纤维毡的热处理：将柔性莫来石纤维毡放置在120℃的环境下进行 热处理；
(3)有机硅溶液浸渍柔性纤维毡：采用真空浸渍法，将柔性莫来石纤维毡置 于抽真空的模具中，密封后，模具中的压力为0bar，利用有机硅溶液浸渍柔性纤 维毡；
(4)溶胶-凝胶反应：将浸渍有机硅溶液的柔性纤维毡置于密封的模具中，然 后在80℃的条件下进行溶胶-凝胶反应，并在该反应温度下老化1h；
(5)复合材料的洗涤和干燥：产品在常温常压下用甲醇洗涤3次，然后置于 50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，得到纤维增强的有机硅气凝胶隔热复 合材料，制作得到的复合材料密度在300Kg/m3，室温热导率在0.05W/m·K，拉伸 强度在4.0MPa。
图1中a、b分别对应实施例4制备得到的产品样貌和产品弯曲后样貌。该复 合材料有较强的柔性。
图2中a、b、c、d分别对应实施例2、4、9、12制备得到的产品。有机硅溶 液经溶胶-凝胶反应后，均匀地填充在纤维骨架内。低密度的复合材料内部空隙较 多，纤维与有机硅气凝胶颗粒之间较为疏松；低密度的复合材料呈现出较为密实的 微观结构。
图3中a、b、c、d分别对应有机硅气凝胶在不同硅烷偶联剂添加比例不同时 的微观结构图，气凝胶颗粒可以通过溶液成分的调节产生连续的变化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，其特征在于，该复合材料以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体；该复合材料的原材料包括二功能基硅烷和三功能基硅烷；所述二功能基硅烷包括二甲基二甲氧基硅烷或苯基甲基二甲氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，其特征在于，所述硅氧烷聚合物的质量分数为20-80％，所述柔性纤维毡的质量分数为80-20％。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，其特征在于，具有多孔结构的硅氧烷聚合物的比表面积58.98-521.3m2/g，孔容0.141-0.656cm3/g。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，其特征在于，所述柔性纤维毡的厚度为3-40mm，密度为120-500kg/m3，纤维毡的结构形式包括针刺网胎、穿刺网胎、多层缝合和编织结构。
5.如权利要求1所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤；
(1)配制有机硅溶液：将硅烷偶联剂、尿素、表面活性剂溶解于酸性水溶液中，控制硅烷偶联剂、水、酸、尿素、表面活性剂的摩尔比为1：24：[(0.42-4.2)×10-3]：(0.48-2.4)：[(3.55-35.5)×10-2]，完全溶解后剧烈搅拌0.5-1h后得到有机硅溶液；
(2)柔性纤维毡的热处理：将柔性纤维毡放置在80-120℃的环境下进行热处理；
(3)有机硅溶液浸渍柔性纤维毡：采用常压浸渍法、低压灌注法或真空浸渍法，将有机硅溶液充分浸渍柔性纤维毡；
(4)溶胶-凝胶反应：将浸渍有机硅溶液的柔性纤维毡置于密封的模具中，然后在60～80℃的条件下进行溶胶-凝胶反应，并在该反应温度下老化1-24h；
(5)复合材料的洗涤和干燥：产品在常温常压下用甲醇洗涤3次，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，得到纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中
所述硅烷偶联剂包括二功能基硅烷和三功能基硅烷；
所述表面活性剂为聚氧丙烯和聚氧乙烯的嵌段共聚物、十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵中的一种；
所述的酸为甲酸、乙酸或草酸中的一种。
7.根据权利要求6所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，所述二功能基硅烷包括二甲基二甲氧基硅烷或苯基甲基二甲氧基硅烷，所述三功能基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。
8.根据权利要求5所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述柔性纤维毡采用陶瓷基纤维。
9.根据权利要求8所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基纤维为玻璃纤维、石英纤维、莫来石纤维或氧化铝纤维，或者由以上两种或几种纤维混编而成。
10.根据权利要求5所述的一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，
所述的常压浸渍法是将柔性纤维毡密封后置于模具中，模具中的压力为1bar，利用有机硅溶液浸渍柔性纤维毡，
所述的低压灌注法是将柔性纤维毡置于未抽真空的模具中，密封后，通过低压将有机硅溶液灌注到模具中，
所述的真空浸渍法是将柔性纤维毡置于抽真空的模具中，密封后，模具中的压力为0bar，利用有机硅溶液浸渍柔性纤维毡。
CN201810368790.7A 2018-04-23 2018-04-23 一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法 Active CN108641361B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810368790.7A CN108641361B (zh) 2018-04-23 2018-04-23 一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810368790.7A CN108641361B (zh) 2018-04-23 2018-04-23 一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108641361A CN108641361A (zh) 2018-10-12
CN108641361B true CN108641361B (zh) 2020-12-01

Family

ID=63747373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810368790.7A Active CN108641361B (zh) 2018-04-23 2018-04-23 一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108641361B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109534779B (zh) * 2018-12-27 2021-02-02 中国建筑材料科学研究总院有限公司 一种高强度陶瓷纤维隔热材料及其制备方法
CN109707956B (zh) * 2018-12-28 2021-09-21 海尔智家股份有限公司 真空绝热板及其制备方法
CN109780376B (zh) * 2018-12-28 2021-09-21 海尔智家股份有限公司 真空绝热板及其制备方法
CN110029491A (zh) * 2019-04-14 2019-07-19 泰州浩纳新材料科技有限公司 一种纳米复合保温绝热毡的生产工艺
CN110526736A (zh) * 2019-10-09 2019-12-03 华东理工大学 一种抗氧化纳米孔结构碳复合材料及其制备方法
CN111393851B (zh) * 2020-03-20 2022-06-24 上海大音希声新型材料有限公司 一种气凝胶隔热复合材料及其制备方法
CN111253145B (zh) * 2020-03-20 2022-04-01 上海大音希声新型材料有限公司 一种纤维增强的吸声复合材料及其制备方法
CN112049266B (zh) * 2020-08-14 2022-05-20 中科广化（重庆）新材料研究院有限公司 一种可再生的环保建筑材料及其制备方法
CN112609453A (zh) * 2020-11-25 2021-04-06 南京工业大学 一种高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片及其制备方法
CN112830760B (zh) * 2021-01-20 2021-11-26 湖南荣岚智能科技有限公司 一种隔热、耐高温气凝胶梯度复合材料及其制备方法
CN112876205B (zh) * 2021-03-30 2022-08-05 华东理工大学 一种耐烧蚀防掉粉气凝胶基复合材料及其制备方法
CN113846424B (zh) * 2021-09-26 2022-11-15 航天特种材料及工艺技术研究所 一种莫来石纤维针刺毡及其制备方法
CN114163643B (zh) * 2022-01-05 2023-06-20 航天材料及工艺研究所 一种多孔硅树脂及轻质柔性阻燃复合材料

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1803602A (zh) * 2005-12-20 2006-07-19 长安大学 水镁石纤维增强SiO2气凝胶隔热材料的制备方法
CN101913835A (zh) * 2010-08-06 2010-12-15 华南理工大学 一种泡沫陶瓷增强纤维气凝胶隔热材料及其制备方法
CN103360019A (zh) * 2013-07-18 2013-10-23 厦门大学 碳化硅纤维毡增强的二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法
CN106496927A (zh) * 2016-11-03 2017-03-15 华东理工大学 一种低密度烧蚀隔热型复合材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060281825A1 (en) * 2005-06-11 2006-12-14 Je Kyun Lee Microporous Polyisocyanate Based Hybrid Materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1803602A (zh) * 2005-12-20 2006-07-19 长安大学 水镁石纤维增强SiO2气凝胶隔热材料的制备方法
CN101913835A (zh) * 2010-08-06 2010-12-15 华南理工大学 一种泡沫陶瓷增强纤维气凝胶隔热材料及其制备方法
CN103360019A (zh) * 2013-07-18 2013-10-23 厦门大学 碳化硅纤维毡增强的二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法
CN106496927A (zh) * 2016-11-03 2017-03-15 华东理工大学 一种低密度烧蚀隔热型复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108641361A (zh) 2018-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108641361B (zh) 一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法
CN108314411B (zh) 采用无氯无醇工艺制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法
CN109516763B (zh) 一种纤维素纤维/SiO2复合气凝胶材料及其制备和应用
KR101646423B1 (ko) 소수성 단열 성형물의 제조 방법
CN110951210B (zh) 高强度纳米孔可陶瓷化烧蚀防热复合材料及其制备方法
CN108658574A (zh) 一种防脱粉气凝胶复合保温毡
CN107263948B (zh) 一种防火保温装饰一体化板及其制备方法
CN111393851B (zh) 一种气凝胶隔热复合材料及其制备方法
WO2014110892A1 (zh) 一种无机保温材料及其制备方法
CN102795826A (zh) 一种气凝胶/无机轻集料复合保温隔热材料及其制备方法
CN111607253B (zh) 一种二氧化硅气凝胶保温填料的制备方法
CN109232850A (zh) 一种气凝胶改性耐热阻燃低导热系数硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法
CN115259828B (zh) 一种冷冻干燥制备碳纤维及碳纳米管复合硅气凝胶的方法
CN104446305B (zh) 一种硫酸钙晶须气凝胶隔热复合材料及其制备方法
CN113511856B (zh) 一种高性能吸音隔热气凝胶纤维混凝土复合材料的制备方法
CN111454071A (zh) 岩棉纤维增强氧化硅基高强度隔热复合材料及其制备方法
CN114315280B (zh) 一种改性气凝胶发泡水泥材料及其制备方法
CN109020469A (zh) 一种SiO2气凝胶/SiC泡沫复合绝热材料及其制备方法
CN112138612A (zh) 一种石墨烯-有机硅复合气凝胶的制备方法
CN109626954B (zh) 一种耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法和应用
CN102807326B (zh) 一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料及其制备方法
Wang et al. Facile preparation of mechanically strong polyvinyl alcohol/MTMS aerogel composites with improved thermal stability
CN111253145B (zh) 一种纤维增强的吸声复合材料及其制备方法
CN111362665A (zh) 一种介孔msq气凝胶/玻璃纤维复合材料的制备方法
CN114105674B (zh) 一种具有保温功能的组合板及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant