CN109180080A - 一种耐高温纳米复合绝热板及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温纳米复合绝热板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐高温纳米复合绝热板及其制备方法，由以下质量份的原料制备而成：50～80份的纳米气相二氧化硅；10～40份的增强纤维；5～30份的红外遮蔽剂，所述红外遮蔽剂的粒径为5.0～7.0μm；3～20份的添加剂。它具有高温稳定性好、高温绝热效果好、制备工艺设计合理、制品性能优良等优点。

Description

一种耐高温纳米复合绝热板及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝热板技术领域，具体涉及一种耐高温纳米复合绝热板及其制备方法。
背景技术
耐火保温材料的研究对冶金、石化、煤炭、电厂等行业的节能减排具有重要意义，因此，寻求一种能够适应高温环境且能够保持高效绝热效果的耐火保温材料(板材)尤为重要。二氧化硅气凝胶是一种高效隔热材料，是低密度纳米多孔非晶态材料，具有连续的三维网络结构。二氧化硅气凝胶容重只有40～80kg/m3左右，特殊的纳米多孔结构使其具有比空气还要低的导热系数，以及阻声效果，是理想的耐火保温材料。但是由于纳米二氧化硅高温稳定性较差，特别是在高于600℃以后，会出现纳米孔洞原有结构破坏，导致纳米板材之间出现较大缝隙，导热系数急剧上升，绝热效果下降，因此优质纳米二氧化硅粉体材料难以直接应用。
为了提升耐火保温绝热板的性能，并趋于完善，现有技术进行了各种尝试，试图使装置整体结构更加合理，然而总是存在一些未尽如人意之处，例如美国专利发明CN103964813A将二氧化硅、碳化硅、硅酸锆、高硅氧玻璃纤维原材料按重量比秤好，将配好的原材料在高速混料机中充分混匀，将混合好的材料在液压机的专用模具中成型，虽然在一定程度上提高了绝热板的稳定性，由于高硅氧玻璃纤维使用温度通常低于800℃，因此，无法在高温条件下长期使用。因此有必要对现有的耐火保温绝热板进行改进，使其高温稳定性得到进一步提高。
需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
发明内容
本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种耐高温纳米复合绝热板及其制备方法，它具有高温稳定性好、高温绝热效果好、制备工艺设计合理、制品性能优良等优点，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种耐高温纳米复合绝热板，由以下质量份的原料制备而成：
50～80份的纳米气相二氧化硅；
10～40份的增强纤维；
5～30份的红外遮蔽剂，所述红外遮蔽剂的粒径为5.0～7.0μm；
3～20份的添加剂。
在一个示例中，所述纳米气相二氧化硅的堆积密度为0.04～0.08g/cm3，粒径为35～45nm。
在一个示例中，所述增强纤维为高铝硅酸铝纤维或高铝硅酸铝纤维与玻璃纤维混合物。
在一个示例中，所述增强纤维为硅酸铝纤维，铝含量52～55wt％，硅酸铝纤维直径为2～3μm，长度为3～15mm。
在一个示例中，所述红外遮蔽剂为二氧化钛、碳化硅、六钛酸钾晶须、炭黑和锆英砂中的一种或多种。
在一个示例中，所述红外遮蔽剂为TiO2纳米颗粒。
在一个示例中，所述红外遮蔽剂由TiO2纳米颗粒、SiC纳米颗粒、六钛酸钾晶须细粉三者以质量比为1:1:1混合而成,所述TiO2纳米颗粒粒径为5～50nm，SiC纳米颗粒粒径为100～150nm，六钛酸钾晶须细粉的粒径小于2μm。
在一个示例中，所述添加剂为有机硅树脂。
在一个示例中，所述添加剂为GS-401有机硅树脂。
一种耐高温纳米复合绝热板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米气相二氧化硅、增强纤维以及红外遮蔽剂混合搅拌均匀，得到混合物料A；
(2)将添加剂以液体形式加入到所述混合物料A中高速搅拌使其混合均匀，得到混合物料B；
(3)将所述混合物料B干压成型，得到耐高温纳米复合绝热板。
所述步骤(1)中的搅拌时间和步骤(2)中的搅拌时间合计小于30min。
所述步骤(1)中的所述增强纤维在使用前进行剔除渣球预处理。
所述步骤(2)中的所述添加剂为有机硅树脂。
所述步骤(3)中所述混合物料B通过模具抽真空加压成型，所述模具为排气式模具，所述排气式模具与抽真空设备连接。
所述步骤(3)中混合物料B抽真空加压压力为5-10MPa，加压时间为1-5min。
所述模具包括自上而下设计的上模、凸膜、下模和下模顶板。
本发明采用上述方案，针对现有耐火保温材料存在的技术问题，设计了一种耐高温纳米复合绝热板及其制备方法，由以下质量份的原料制备而成：50～80份的纳米气相二氧化硅；10～40份的增强纤维；5～30份的红外遮蔽剂，所述红外遮蔽剂的粒径为5.0～7.0μm；3～20份的添加剂；通过在纳米气相二氧化硅基础上添加增强纤维(有机硅树脂)，充分利用其常温下起粘结作用，而高温下为烧蚀材料，带走热量起隔热效果的特性，增强二氧化硅在高温条件的稳定性，本申请的耐高温纳米复合绝热板在高温800℃下的导热系数低于0.04w/(m.k)，可在1000℃下短期使用，极限耐温可达1100℃。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明模具(压制弧形板的模具)的结构示意图；
图2是本发明上模的结构示意图；
图3是本发明凸膜的结构示意图；
图4是本发明下模的结构示意图；
图5是本发明下模顶板的结构示意图；
图中，1、模具，2、上模，3、凸膜，4、下模，5、下模顶板。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式对本发明进行详细阐述。
本发明提供了一种耐高温纳米复合绝热板，由以下质量份的原料制备而成：
50～80份的纳米气相二氧化硅；
10～40份的增强纤维；
5～30份的红外遮蔽剂，所述红外遮蔽剂的粒径为5.0～7.0μm；
3～20份的添加剂。
优选的，本发明提供的纳米气相二氧化硅的堆积密度为0.04～0.08g/cm3，粒径为35～45nm。
本发明提供的增强纤维为高铝硅酸铝纤维或高铝硅酸铝纤维与玻璃纤维混合物。
优选的，增强纤维为硅酸铝纤维，铝含量52～55wt％，硅酸铝纤维直径为2-3μm，长度为15mm。
本发明提供的红外遮蔽剂为二氧化钛、碳化硅、六钛酸钾晶须、炭黑和锆英砂中的一种或多种。
优选的，红外遮蔽剂为TiO2纳米颗粒。
优选的，红外遮蔽剂由TiO2纳米颗粒、SiC纳米颗粒、六钛酸钾晶须细粉三者以质量比为1:1:1混合而成,所述TiO2纳米颗粒粒径为5～50nm，SiC纳米颗粒粒径为100～150nm，六钛酸钾晶须细粉的粒径小于2μm。
本发明提供的添加剂为有机硅树脂。
优选的，添加剂为GS-401有机硅树脂。
本发明还提供了一种耐高温纳米复合绝热板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米气相二氧化硅、增强纤维以及红外遮蔽剂混合搅拌均匀，得到混合物料A；
(2)将添加剂以液体形式加入到所述混合物料A中高速搅拌使其混合均匀，得到混合物料B；
(3)将混合物料B干压成型，得到耐高温纳米复合绝热板。
优选的，步骤(1)中的搅拌时间和步骤(2)中的搅拌时间合计小于30min。
优选的，步骤(1)中的增强纤维在使用前进行剔除渣球预处理。
优选的，步骤(2)中的添加剂为有机硅树脂。
优选的，步骤(3)中所述混合物料B通过模具抽真空加压成型，模具为排气式模具，排气式模具与抽真空设备连接。
优选的，步骤(3)中混合物料B抽真空加压压力为5-10MPa，加压时间为1-5min。
模具1包括自上而下设计的上模2、凸膜3、下模4和下模顶板5。使用时下模顶板5与下模4配合形成容腔，上模2和凸膜3向下加压对下模4内的材料压制成型，压制成型后通过下模顶板5将压制成型的耐高温纳米复合绝热板顶出。
实施例1
由如下质量份数的原料制成：纳米气相二氧化硅50份、增强纤维10份，红外遮蔽剂5份、添加剂3份。其中纳米气相二氧化硅为(厂家：山东吉泉生物科技有限公司，型号：HL-200，粒径：130nm，比表面积：200㎡/g)；增强纤维为(厂家：济南火龙热陶瓷有限公司，型号：HLGX-412，直径：2-3μm，长度：100-150mm)；红外遮蔽剂为(产地：锦州市朋大钛白粉制造有限公司，型号：PR-991)；添加剂为(山东北方现代化学工业有限公司，GS-401有机硅树脂)。
耐高温纳米复合绝热板的具体制备方法包括以下步骤：
(1)首先将10份的硅酸铝纤维加入研磨机内，并开启研磨机，研磨20分钟，待硅酸铝纤维切断至0.4～15mm，过筛剔除渣球，得到纤维绒；
(2)向纤维绒中加入50份的纳米气相二氧化硅、5份的红外遮蔽剂，搅拌大约5分钟使其混合均匀，得到混合物A；
(3)以液体形式向混合物A中加入3份的二氧化钛添加剂，搅拌大约2分钟使其混合均匀，得到混合物B；
(4)将混合物B导入排气式模具中，通过抽真空泵抽真空后，匀速施加9MPa压力，并保持压制5min，将混合物B干压制成板状(通过改变模具也可压制成各种形状的耐高温纳米复合板，例如柱状板、弧形板等)，保持通风，室温晾晒12h，得到耐高温纳米复合绝热板。
实施例2
由如下质量份数的原料制成：纳米气相二氧化硅65份、增强纤维20份，红外遮蔽剂15份、添加剂9份。其中纳米气相二氧化硅为(厂家：江苏天行新材料有限公司，型号：TSP-F90，粒径：20nm，比表面积：280㎡/g)；增强纤维为(厂家：济南火龙热陶瓷有限公司，型号：HLGX-412，直径：2-3μm，长度：100-150mm)；红外遮蔽剂为(产地：锦州市朋大钛白粉制造有限公司，型号：PR-991②)；添加剂为(山东北方现代化学工业有限公司，GS-401有机硅树脂)。
耐高温纳米复合绝热板的具体制备方法包括以下步骤：
(1)首先将20份的硅酸铝纤维加入研磨机内，并开启研磨机，研磨25分钟，待硅酸铝纤维切断至0.4～15mm，过筛剔除渣球，得到纤维绒；
(2)向纤维绒中加入65份的纳米气相二氧化硅、15份的红外遮蔽剂，搅拌大约10分钟使其混合均匀，得到混合物A；
(3)以液体形式向混合物A中加入9份的二氧化钛添加剂，搅拌大约5分钟使其混合均匀，得到混合物B；
(4)将混合物B导入排气式模具中，通过抽真空泵抽真空后，匀速施加7MPa压力，并保持压制3min，将混合物B干压制成板状(通过改变模具也可压制成各种形状的耐高温纳米复合板，例如柱状板、弧形板等)，保持通风，室温晾晒18h，得到耐高温纳米复合绝热板。
实施例3
由如下质量份数的原料制成：纳米气相二氧化硅80份、增强纤维40份，红外遮蔽剂30份、添加剂20份。其中纳米气相二氧化硅为其中纳米气相二氧化硅为(厂家：山东吉泉生物科技有限公司，型号：HL-200，粒径：130nm，比表面积：200㎡/g)；增强纤维为(厂家：济南火龙热陶瓷有限公司，型号：HLGX-412，直径：2-3μm，长度：100-150mm)；红外遮蔽剂为(产地：锦州市朋大钛白粉制造有限公司，型号：PR-981)；添加剂为(山东北方现代化学工业有限公司，GS-401有机硅树脂)。
耐高温纳米复合绝热板的具体制备方法包括以下步骤：
(1)首先将40份的硅酸铝纤维加入研磨机内，并开启研磨机，研磨30分钟，待硅酸铝纤维切断至0.4～15mm，过筛剔除渣球，得到纤维绒；
(2)向纤维绒中加入80份的纳米气相二氧化硅、30份的红外遮蔽剂，搅拌大约15分钟使其混合均匀，得到混合物A；
(3)以液体形式向混合物A中加入20份的二氧化钛添加剂，搅拌大约8分钟使其混合均匀，得到混合物B；
(4)将混合物B导入排气式模具中，通过抽真空泵抽真空后，匀速施加5MPa压力，并保持压制1min，将混合物B干压制成板状(通过改变模具也可压制成各种形状的耐高温纳米复合板，例如柱状板、弧形板等)，保持通风，室温晾晒24h，得到耐高温纳米复合绝热板。
将本申请上述实施例得到耐高温纳米复合绝热板的性能进行测试，测试结果：
通过上述实验数据可知，本发明所述的耐高温纳米复合绝热板在平均高温800℃下的导热系数低于0.04W/(m·k)，可在1000℃下短期使用，极限耐温可达1100℃，在高温条件下具有稳定的绝热保温效果。本发明的耐高温纳米绝热板具有高温稳定性好、高温绝热效果好、制备工艺设计合理、制品性能优良等优点。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种耐高温纳米复合绝热板，其特征在于：由以下质量份的原料制备而成：
50～80份的纳米气相二氧化硅；
10～40份的增强纤维；
5～30份的红外遮蔽剂，所述红外遮蔽剂的粒径为5.0～7.0μm；
3～20份的添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温纳米复合绝热板，其特征在于：所述纳米气相二氧化硅的堆积密度为0.04～0.08g/cm3，粒径为35～45nm。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温纳米复合绝热板，其特征在于：所述增强纤维为高铝硅酸铝纤维或高铝硅酸铝纤维与玻璃纤维混合物。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温纳米复合绝热板，其特征在于：所述增强纤维为硅酸铝纤维，铝含量52～55wt％，硅酸铝纤维直径为2～3μm，长度要求＜15mm。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温纳米复合绝热板，其特征在于：所述红外遮蔽剂为二氧化钛、碳化硅、六钛酸钾晶须、炭黑和锆英砂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温纳米复合绝热板，其特征在于：所述红外遮蔽剂为TiO2纳米颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温纳米复合绝热板，其特征在于：所述添加剂为GS-401有机硅树脂。
8.如权利要求1所述的一种耐高温纳米复合绝热板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将纳米气相二氧化硅、增强纤维以及红外遮蔽剂混合搅拌均匀，得到混合物料A；
(2)将添加剂以液体形式加入到所述混合物料A中高速搅拌使其混合均匀，得到混合物料B；
(3)将所述混合物料B半干法压制成型，得到耐高温纳米复合绝热板。
9.根据权利要求8所述的一种耐高温纳米复合绝热板的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的搅拌时间和步骤(2)中的搅拌时间合计小于30min，所述步骤(1)中的所述增强纤维在使用前进行剔除渣球预处理，所述步骤(2)中的所述添加剂为有机硅树脂。
10.根据权利要求8所述的一种耐高温纳米复合绝热板的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述混合物料B通过模具抽真空加压成型，所述模具为排气式模具，所述排气式模具与抽真空设备连接，所述步骤(3)中混合物料B抽真空加压压力为5-10MPa，加压时间为1-5min，所述模具包括自上而下设计的上模、凸膜、下模和下模顶板。
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