CN110923947A - 一种复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新的复合材料及其制备方法。该复合材料以武岩纤维和玻璃纤维和玻璃纤维为主要原料成分，可以含有碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中的至少一种。该材料兼具优良的隔热性能、简单的配方、低成本和绿色环保等优点。
Description
技术领域
本发明属于保温材料技术领域，具体涉及一种复合隔热材料及其制备 方法。
背景技术
隔热材料能阻滞热流传递的材料，又称热绝缘材料。传统绝热材料， 如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等，新型绝热材料，如气凝胶毡、真空 板等。目前，随着环保及健康意识有了很大的提高，许多传统保温材料如 石棉制品，硅酸铝制品等由于具有潜在致癌性其应用范围受到极大的限制。 特别是许多公共建筑和交通工具所使用的保温材料，由于涉及公共健康， 已经限制不符合环保和健康要求产品的使用。
目前隔热效果特别理想的产品较少，兼具隔热效果理想且材料组成简 单，成本低廉的产品未见报到。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新的复合材料及其制备方法。
本发明提供的复合材料，以玄武岩纤维和玻璃纤维为主要组成成分， 结合纤维直径的调节，得到具有良好隔热效果的隔热材料。所述复合材料 包括以下以质量份计的组分：
玄武岩纤维 8-60份，
玻璃纤维 40-90份，
所述玄武岩纤维直径在13微米以下，玻璃纤维直径为9微米以下； 优选地，玄武岩纤维直径为7-9微米，玻璃纤维直径4-7微米。
玻璃纤维是一种优良的不燃保温材料，通过有效地将细小的玻璃丝编 织成绝缘材料，玻璃纤维能够最大限度地减少热传递。玄武岩纤维，是玄 武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而 成的连续纤维，强度与高强度S玻璃纤维相当。纯天然玄武岩纤维的颜色 一般为褐色,有些似金色。
优选地，所述玄武岩纤维为20-30份，玻璃纤维为70-80份。
进一步地，所述材料还包括如下组份：
碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中的至少一种，且复合材料 中各组分以质量份计的配比优选如下：
玄武岩纤维：8-50份，优选为8-30份
玻璃纤维：45-75份，
碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中的至少一种纤维的量独立选 自0-11份；优选地，其中一种纤维的量独立选自4-11份。
进一步地，碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维的直径独立选自 5-13微米；优选地，碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维的直径独立选 自7-9微米。
进一步地，所述材料还包括碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中 的任意两种或三种。
当为两种时，复合材料中各组分以质量份计的配比优选如下：
玄武岩纤维：15-30份，
玻璃纤维：50-70份，
碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中任意两种，每种6-10份。
当为三种时，复合材料中各组分以质量份计的配比优选如下：
玄武岩纤维：8-12份，
玻璃纤维：68-72份，
碳化硅纤维：4-6份，
硅酸铝纤维：4-6份，
氧化锆纤维：9-11份。
进一步地，各纤维长度为30-120毫米，优选为50-80毫米。
进一步地，所述材料中不添加二氧化硅组分。
发明人在前期研究中，使用了以下组分组成的保温隔热材料：保温纤 维95～110份、二氧化硅5～20份、烷基硅烷1～10份、树脂乳液1～10 份以及水95～110份。发明人发现将介孔二氧化硅和/或二氧化硅溶胶与 氧化镁纤维和氧化铝纤维复合在一起，可以使得介孔二氧化硅和/或二氧 化硅溶胶分散在氧化镁纤维和氧化铝纤维中，得到保温隔热毡材，该保温 隔热毡材具有良好的机械性能和高效的保温隔热效果；同时，发明人还发 现，二氧化硅的分散更加均匀，二氧化硅与保温纤维能够更好地结合在一 起，进而达到的隔热效果以及机械性能更好。根据前述研究，发明人想到 将二氧化硅和保温纤维联合使用，能够提高材料的隔热效果。然而，二氧 化硅的使用，无疑也是对成本的增加。
本发明以上技术方案中所述复合纤维隔热材料中不额外添加二氧化 硅组分，减少材料所需纤维种类，简化配方降低成本，而达到与额外添加 二氧化硅组分的纤维隔热材料相当甚至更好的隔热效果。
本发明材料中，除前述内容以外，还可以添加辅助材料，例如着色剂、 树脂乳液、交联剂等等。
例如交联剂可以是烷基硅烷，包括但不限于甲基三甲氧基硅烷、甲基 三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基 硅烷中的至少一种，例如，烷基硅烷可以是甲基三甲氧基硅烷、甲基三 乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷或辛基三乙氧基硅 烷，也可以是甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、 丁基三乙氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷中的两种或三种，例如，烷基硅 烷可以是甲基三甲氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷的混合物，或甲基三乙 氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷的混合物，或乙基三乙氧基硅烷和丁基三 乙氧基硅烷的混合物，或甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和乙基 三乙氧基硅烷的混合物，或甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷和丁基 三乙氧基硅烷的混合物等。
树脂乳液包括但不限于丙烯酸乳液、硅丙乳液、醋酸乙烯酯乳液和丁 基乳液中的至少一种。例如，树脂乳液可以为丙烯酸乳液，或硅丙乳液， 或醋酸乙烯酯乳液，或丁基乳液，或丙烯酸乳液和硅丙乳液的混合物， 或醋酸乙烯酯乳液和丁基乳液的混合物等。
着色剂包括但不限于铁红、铁黄、钛黄、钴蓝和铬绿中的至少一种， 例如，着色剂为铁红、铁黄、钛黄、钴蓝和铬绿中的任意一种，或者着 色剂为铁红和铁黄的混合物，或铁红和钛黄的混合物，或钛黄、钴蓝和 铬绿的混合物。
制备过程中，如需要使用液体，可适当选用常规溶剂。
本发明提供的上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照复合材料的组成和配比，将各种纤维混合均匀，经梳理定向排列 设备将纤维梳理整齐，然后改变纤维的方向，形成全杂乱排布的薄毡，再 经辊压，针刺，得到成型的复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所述复合隔热材料最少仅需要三种纤维材料，配方简单， 且纤维材料廉价易得，制作工艺简单，生产成本低。
2.本发明所述隔热材料通过简单的纤维材料的组合，使得材料导热 系数最小达到0.023W/(m·K)，在不添加外加辅助成分(二氧化硅)的 情况下获得优异的导热性能。
3.本发明所述隔热材料除纤维材料外不添加其他化学物质，在使用 中无毒害，绿色环保。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述高稳定性过氧乙酸消毒剂做进一 步说明。以下所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间 接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
对一下实施例进行导热系数测试，采用导热系数测定仪，按国标GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》
实施例1
本实施例所述复合纤维隔热材料，由以下组分和以质量计的份数配 比组成：
玄武岩纤维，直径13微米：15份，
玻璃纤维，直径9微米：70份，
碳化硅纤维，直径11微米：6份，
硅酸铝纤维，直径11微米：9份。
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例2
本实施例所述复合纤维隔热材料，由以下组分和以质量计的份数配比 组成：
玄武岩纤维，直径13微米：30份，
玻璃纤维，直径9微米：50份，
碳化硅纤维，直径11微米：10份，
氧化锆纤维，直径11微米：10份。
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例3
本实施例所述复合纤维隔热材料，由以下组分和以质量计的份数配比 组成：
玄武岩纤维，直径13微米：20份，
玻璃纤维，直径9微米：60份，
硅酸铝纤维，直径11微米：10份，
氧化锆纤维，直径11微米：10份。
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例4
本实施例所述复合纤维隔热材料，由以下组分和以质量计的份数配比 组成：
玄武岩纤维，直径13微米：10份，
玻璃纤维，直径9微米：70份，
碳化硅纤维，直径11微米：5份，
硅酸铝纤维，直径11微米：5份，
氧化锆纤维，直径11微米：10份。
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例5-8依次对应实施例1-4中的隔热材料配比，仅减小纤维直径。
实施例5-8
实施例5-8中纤维材料的直径如下：
玄武岩纤维，直径9微米，
玻璃纤维，直径7微米，
碳化硅纤维，直径9微米，
硅酸铝纤维，直径9微米，
氧化锆纤维，直径9微米。
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例9-12依次对应实施例1-4中的隔热材料配比，仅在实施例5-8 的基础上进一步减小玄武岩纤维和玻璃纤维的直径。
实施例9-12
实施例9-12所述复合纤维隔热材料中，玄武岩纤维和玻璃纤维的直 径如下：
玄武岩纤维，直径7微米，
玻璃纤维，直径4微米。
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例13
玄武岩纤维，直径13微米：10份，
玻璃纤维，直径9微米：90份，
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例14
玄武岩纤维，直径13微米：60份，
玻璃纤维，直径9微米：40份，
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例15
玄武岩纤维，直径13微米：30份，
玻璃纤维，直径9微米：70份，
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
实施例16
玄武岩纤维，直径13微米：20份，
玻璃纤维，直径9微米：80份，
制备方法：
(1)按以上配比称取各纤维材料，混合均匀；
(2)通过梳理定向排列设备进行排列成薄毡；
(3)采用压力辊挤压薄毡成0.1-1mm厚的纤维薄毡；
(4)将纤维薄毡层层铺叠成纤维毡，再经压缩、针刺，得到成品。
以上实施例对应的组分配比、纤维直径、导热系数测试结果对照如表 1-表4。
表1 (实施例1-4)
| 玄武岩纤维13微米 | 15％ | 30％ | 20％ | 10％ |
| 玻璃纤维9微米 | 70％ | 50％ | 60％ | 70％ |
| 碳化硅纤维11微米 | 6％ | 10％ | 0％ | 5％ |
| 硅酸铝纤维11微米 | 9％ | 0％ | 10％ | 5％ |
| 氧化锆纤维11微米 | 0％ | 10％ | 10％ | 10％ |
| 导热系数(W/(m·K) | 0.028 | 0.027 | 0.026 | 0.026 |
表2 (实施例5-8)
| 玄武岩纤维9微米 | 15％ | 30％ | 20％ | 10％ |
| 玻璃纤维7微米 | 70％ | 50％ | 60％ | 70％ |
| 碳化硅纤维9微米 | 6％ | 10％ | 0％ | 5％ |
| 硅酸铝纤维9微米 | 9％ | 0％ | 10％ | 5％ |
| 氧化锆纤维9微米 | 0％ | 10％ | 10％ | 10％ |
| 导热系数(W/(m·K) | 0.026 | 0.025 | 0.024 | 0.024 |
表3 (实施例9-12)
| 玄武岩纤维7微米 | 15％ | 30％ | 20％ | 10％ |
| 玻璃纤维4微米 | 70％ | 50％ | 60％ | 70％ |
| 碳化硅纤维9微米 | 6％ | 10％ | 0％ | 5％ |
| 硅酸铝纤维9微米 | 9％ | 0％ | 10％ | 5％ |
| 氧化锆纤维9微米 | 0％ | 10％ | 10％ | 10％ |
| 导热系数(W/(m·K) | 0.024 | 0.023 | 0.023 | 0.023 |
表4(实施例13-16)
Claims (10)
1.一种复合材料，包括以下质量份的组分：
玄武岩纤维：8-60份，
玻璃纤维：40-90份，
所述玄武岩纤维直径在13微米以下，玻璃纤维直径为9微米以下；进一步地，玄武岩纤维直径为7-9微米，玻璃纤维直径4-7微米。
2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于所述玄武岩纤维为20-30份，玻璃纤维为70-80份。
3.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于所述材料还包括如下组份：碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中的至少一种，且复合材料中各组分以质量份计的配比如下：
玄武岩纤维：8-50份，
玻璃纤维：45-75份，
碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中的至少一种纤维的量独立选自0-11份；进一步地，其中一种纤维的量独立选自4-11份。
4.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于，碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维的直径独立选自5-13微米；进一步地，碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维的直径独立选自7-9微米。
5.根据权利要求3或4所述复合材料，其特征在于，所述材料还包括碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中的任意两种或三种。
6.根据权利要求5所述复合材料，其特征在于，复合材料中各组分以质量份计的配比如下：
玄武岩纤维：15-30份，
玻璃纤维：50-70份，
碳化硅纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维中任意两种，每种6-10份。
7.根据权利要求5所述复合材料，其特征在于，复合材料中各组分以质量份计的配比如下：
玄武岩纤维：8-12份，
玻璃纤维：68-72份，
碳化硅纤维：4-6份，
硅酸铝纤维：4-6份，
氧化锆纤维：9-11份。
8.根据权利要求1-3中任一权利要求所述复合材料，其特征在于，各纤维长度为30-120毫米。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述复合材料，其特征在于，所述材料中不添加二氧化硅组分。
10.权利要求1-9中任一权利要求所述复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照复合材料的组成和配比，将各种纤维混合均匀，经梳理定向排列设备将纤维梳理整齐，然后改变纤维的方向，形成全杂乱排布的薄毡，再经辊压，针刺，得到成型的复合材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200327 |
|
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