CN111516346A - 一种隔热保温板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隔热保温材料技术领域，公开一种隔热保温板及其制备方法。包括第一面板层、第二面板层、夹芯层、骨架支撑层，所述夹芯层设置在第一面板层与第二面板层之间，夹芯层由若干个纤维增强气凝胶复合毡相互拼接而成，夹心层和第一、第二面板层之间、夹心层的四周边缘以及夹心层中任意两个相邻纤维增强气凝胶复合毡的拼接缝中一体成型填充有骨架支撑层，骨架支撑层与第一、第二面板层一体成型。制备步骤如下：铺层、密封、配制胶液、注胶、固化、脱模，即得隔热保温板。本发明采用一体固化成型的方法，得到纤维增强树脂复合材料面板的同时在纤维增强气凝胶复合毡之间形成骨架支撑层，制备的隔热保温板，轻质保温，力学性能大大提高。

Description

一种隔热保温板及其制备方法
技术领域
本发明属于隔热保温材料技术领域，具体涉及一种隔热保温板及其制备方法。
背景技术
目前，开发新能源、提高现有能源利用率及节约能源已引起各国的高度重视。我国是一个能源贫瘠的国家，因此，合理利用能源、节约能源对我国社会的可持续发展具有重要的意义。采用新技术、新工艺开发环境友好型的隔热保温材料是节约能源最有效、最经济的措施之一。
建筑上常用的保温材料多为保温砂浆，其是以各种轻质材料为骨料，以水泥为胶凝料，掺和一些改性添加剂，经生产企业搅拌混合而制成的一种预拌干粉砂浆，用于构筑建筑表面保温层的一种建筑材料。保温砂浆具有下述缺点：密度大，保温层的重量容易给施工带来困难，并且增加建筑骨架承重负担；导热系数高，达到国家节能标准，厚度较厚；吸湿性大，容易导致重量超标、脱落；受施工因素影响，强度变化较大。
目前多采用隔热保温复合板材代替传统保温材料作为建筑、民用、工业等领域的隔热材料使用，复合板材多由隔热夹心层与面板组成，面板多采用高强度的纤维板材、石板等，存在密度大、加工周期长等问题，规模化生产成本高等，而隔热夹心层材料绝大多数为有机合成类和有机、无机矿物类，如发泡塑料、纤维棉毡等。其中，以超细玻璃棉为代表的矿物纤维类材料存在密度大、脆性大、吸水严重、易振动下垂、保温隔热性能差、铺设较厚、材料损耗量大等缺陷，且施工工程中因纤维性脆，容易形成粉尘散逸而污染环境、导致肺部疾病，使用这些材料无法达到节能标准；普通有机泡沫类如聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等存在阻燃性差、燃烧密度大并且释放出大量有毒有害气体。
SiO2气凝胶作为一种新兴的超级隔热材料，其导热系数极低，远低于常温下静态空气0.25 W/m·K的导热系数，具有其他材料无法比拟的隔热保温效果，且密度低、防水阻燃、绿色环保、防腐蚀、不易老化、使用寿命长，被称为超级保温隔热材料。目前主要用于工业管道、工业炉体、救生舱、交通运输、家用电器、玻璃等领域的保温隔热。但是由于气凝胶的结构特点，使得气凝胶存在脆性大、柔性差等缺点，同时，由于其制备方法的原因，SiO2气凝胶毡在运输、施工和使用过程中普遍存在毡体脱落气凝胶粉的情况，掉粉情况不仅给施工带来了不便，给施工人员健康带来了威胁，同时也会降低气凝胶毡本身的性能，大大地限制了气凝胶毡的应用范围。将气凝胶作为复合板材的芯材能够很好解决气凝胶掉粉的问题，但是鉴于气凝胶力学性能较差的缺点，对在一些力学性能要求较高的场合并不能满足使用需求。因此针对气凝胶作为夹心层，设计一种隔热性能及力学性能良好的板材对扩大隔热材料的应用市场具有重要的推动意义。
发明内容
为克服现有技术中存在的不足之处，本发明的目的旨在提供一种隔热保温板及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种隔热保温板，包括第一面板层、第二面板层、夹芯层、骨架支撑层，所述夹芯层设置在第一面板层与第二面板层之间，夹芯层由若干个纤维增强气凝胶复合毡相互拼接而成，夹心层和第一面板层之间、夹心层和第二面板层之间、夹心层的四周边缘以及夹心层中任意两个相邻纤维增强气凝胶复合毡的拼接缝中一体成型填充有骨架支撑层，骨架支撑层与第一面板层、第二面板层一体成型；
所述第一面板层、第二面板层和骨架支撑层同时为纤维增强树脂复合材料。
较好地，所述纤维增强树脂复合材料中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或芳纶，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂；所述纤维增强气凝胶复合毡中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维、岩棉纤维、苎麻纤维、玄武岩纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰亚胺纤维、PET纤维、PP纤维或芳纶纤维，气凝胶为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、二氧化锆气凝胶或二氧化钛气凝胶。本发明中所述“纤维增强树脂复合材料”和“纤维增强气凝胶复合毡”均可按现有技术制备获得。
较好地，第一面板层的厚度为0.5-5 mm，第二面板层的厚度为0.5-5 mm，纤维增强气凝胶复合毡的厚度为2-20 mm。
较好地，纤维增强气凝胶复合毡为长方体。经固化成型后可以在相邻两纤维增强气凝胶复合毡之间的拼接缝处形成“工字型”的骨架支撑层。
所述隔热保温板的制备方法，制备步骤如下：
（1）、铺层：由下至上依次将离型膜、第一脱模布、第一纤维布、第三纤维布包裹的纤维增强气凝胶复合毡、第二纤维布、第二脱模布、导流件进行铺层，导流件连接有注胶件，至此获得层叠体；所述第一纤维布、第二纤维布和第三纤维布中的纤维对应为纤维增强树脂复合材料中的纤维；
（2）、密封：将步骤（1）所得层叠体用真空袋膜密封并保证注胶件的注胶口外露于真空袋膜，然后抽真空保压处理；
（3）、配制胶液：将纤维增强树脂复合材料中对应的树脂、固化剂、促进剂按照质量比100∶（2-5）∶（0.2-1）混合均匀，即得到胶液；
（4）、注胶：通过注胶口向步骤（2）所得密封完好的层叠体注入步骤（3）所得胶液，保证胶液能够浸渍整个第一纤维布、第二纤维布和第三纤维布直至它们吸收饱和；
（5）、固化：注胶完成后，将注胶口密封，真空状态下完成固化；
（6）、脱模：固化完成后脱模处理，即得隔热保温板。
较好地，步骤（1）中，导流件外包裹有第二导流网，铺设第二脱模布后，先在第二脱模布上面铺设第一导流网，然后再将第二导流网包裹的导流件铺设在第一导流网上面。平铺的第一导流网是为了让胶液渗透地更好，导流件外包裹第二导流网是为了在抽真空后第二导流网吸附在导流件上面锁紧导流件以便导流件更好地得到固定，同时还可以让导流件在抽真空后鼓起来，防止导流件自身会在表面形成凹痕，影响美观。
本发明中，导流件和注胶件可以采用两种方案，具体可以为：
方案①：所述导流件包括若干根导流管，所述注胶件包括若干根支注胶管，支注胶管的数量和导流管的数量相同（其数量可根据铺层的宽度确定）；所述导流管由一塑料带螺旋缠绕形成（可通过市购“用于收纳整理电线或网线的缠绕管”获得），所有导流管平行间隔排列铺设在第一导流网表面，每根导流管的一端各自连接一根支注胶管，每根支注胶管的另一端分别作为注胶口。
方案②：所述导流件为一根导流管，所述注胶件为一根注胶管；所述导流管由一塑料带螺旋缠绕形成（可通过市购“用于收纳整理电线或网线的缠绕管”获得），导流管呈U形连续均匀铺设在第一导流网表面，导流管的一端连接有注胶管，注胶管的另一端作为注胶口。
较好地，方案①中，所述注胶件还包括一根主注胶管，所有支注胶管并连至该主注胶管，主注胶管的另一端作为注胶口。
较好地，步骤（2）中，抽真空保压20-60 min。
较好地，步骤（5）中，固化时固化温度为20-180 ℃，固化时间为0.5-12 h。
较好地，所述离型膜为PET膜、PE膜、PI膜或OPP膜；所述第一脱模布和第二脱模布为聚四氟乙烯脱模布、尼龙66脱模布、尼龙6脱模布或聚酯脱模布；所述固化剂为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、十二烯基琥珀酸酐、双氰胺及其衍生物、二氨基二苯砜、聚醚二胺型固化剂、间苯二甲酸酰肼、异氰酸酯改性咪唑、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或过氧化苯甲酰；所述促进剂为有机脲UR300、有机脲UR500、DMP-30、吡啶、液体咪唑、过氧化苯酰胺、三乙胺、钴促进剂体系或N，N二甲基苯胺。
有益效果：
（1）、本发明采用一体固化成型的方法，得到纤维增强树脂复合材料面板（第一和第二面板）的同时在纤维增强气凝胶复合毡之间形成骨架支撑层，制备得到的隔热保温板保持了气凝胶轻质保温的特点，同时面板层与骨架支撑层的作用共同提高了隔热保温板的力学性能，解决了目前气凝胶脆性大、柔性差等缺点，同时也解决了气凝胶在应用过程中掉粉的难题，扩大其在板材领域的应用范围；
（2）、本发明对夹芯层采用纤维增强气凝胶复合毡相互拼接的方式，包裹纤维布，浸胶后经固化成型后在各纤维增强气凝胶复合毡之间形成骨架支撑层，骨架支撑层为纤维增强树脂复合材料，其良好的力学性能能够对纤维增强气凝胶复合毡起到支撑作用，大大提高夹芯层的力学性能，进而提高整个芯材的力学性能，使得到的隔热保温板材具备优异的抗冲抗压性能，扩大板材的应用场合；
（3）、本发明采用真空进胶的方法，能够使胶液均匀致密地进入纤维布中，防止传统方法进胶造成的纤维布表面鼓泡现象的发生，提高了隔热保温板表面的平整度，增加了美观性；
（4）、本发明采用骨架支撑层与面板层一体成型的方式，大大提高了夹心层与面板层的结合强度，避免传统的粘结方法造成的夹心层与面板层由于结合强度低分层的现象；
（5）、本发明隔热保温板的制备一体固化成型，成型周期短，操作简单方便，制备得到的隔热保温板表面平整光洁，增加美观度，能够满足大规模产业化的需求，可以根据需求制备得到不同大小、厚度的隔热保温板，满足其在建筑、化工、交通等隔热保温领域的应用需求。
附图说明
图1：本发明隔热保温板的结构示意图；
图2：导流管的结构示意图；
图3：导流件和注胶件实施方式之一示意图；
图4：导流件和注胶件实施方式之二示意图；
图5：导流件和注胶件实施方式之三示意图；
图中：1-第一面板层；2-第二面板层；3-纤维增强气凝胶复合毡；4-骨架支撑层；5-导流管；61-支注胶管，62-主注胶管；7-注胶管；8-注胶口。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1
如图1~3所示，一种隔热保温板，包括第一面板层1、第二面板层2、夹芯层、骨架支撑层4，所述夹芯层设置在第一面板层1与第二面板层2之间，夹芯层由若干个长方体纤维增强气凝胶复合毡3相互拼接而成，夹心层和第一面板层1之间、夹心层和第二面板层2之间、夹心层的四周边缘（前后左右）以及夹心层中任意两个相邻纤维增强气凝胶复合毡3的拼接缝中一体固化成型填充有骨架支撑层4，骨架支撑层4与第一面板层1、第二面板层2一体固化成型；
所述第一面板层1、第二面板层2和骨架支撑层4同时为玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料；所述纤维增强气凝胶复合毡3为玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合毡；第一面板层1的厚度为1 mm，第二面板层2的厚度为1 mm，所述纤维增强气凝胶复合毡3的厚度为2 mm。
所述隔热保温板的制备方法，其制备步骤如下：
（1）、铺层：由下至上依次将离型膜、第一脱模布、第一纤维布、第三纤维布包裹的纤维增强气凝胶复合毡、第二纤维布、第二脱模布、第一导流网、第二导流网包裹的导流件进行铺层，导流件连接有注胶件，至此获得层叠体；所述离型膜为PET膜；所述第一脱模布和第二脱模布为聚四氟乙烯脱模布；所述第一纤维布、第二纤维布和第三纤维布为玻璃纤维布；所述导流件包括若干根导流管5，所述注胶件包括若干根支注胶管61，支注胶管61的数量和导流管5的数量相同（其数量可根据铺层的宽度确定）；所述导流管5由一塑料带螺旋缠绕形成（可通过市购“用于收纳整理电线或网线的缠绕管”获得），所有导流管5平行间隔排列铺设在第一导流网表面，每根导流管5的一端各自连接一根支注胶管61，每根支注胶管61的另一端分别作为注胶口8；
（2）、密封：将步骤（1）所得层叠体用真空袋膜密封并保证注胶件的注胶口8外露于真空袋膜，然后抽真空保压处理20 min；
（3）、配制胶液：将不饱和聚酯、固化剂、促进剂按照质量比100∶3∶0.2混合均匀，即得到胶液；所述固化剂为过氧化甲乙酮；所述促进剂为钴促进剂体系；
（4）、注胶：通过注胶口8向步骤（2）所得密封完好的层叠体注入步骤（3）所得胶液，保证胶液能够浸渍整个第一纤维布、第二纤维布和第三纤维布直至它们吸收饱和；
（5）、固化：注胶完成后，将注胶口8密封，真空状态下在60 ℃完成固化2 h；
（6）、脱模：固化完成后脱模处理，即得隔热保温板；
本实施例制备的隔热保温板的密度为0.32 g/cm3，压缩强度为3.6 Mpa。
实施例2
一种隔热保温板，结构如图1、图2和图4所示，即与实施例1的不同之处在于：导流件和注胶件的实施方式见图4，所述注胶件还包括一根主注胶管62，所有支注胶管61并连至该主注胶管62，主注胶管62的另一端作为注胶口8；制备步骤同实施例1。
本实施例制备的隔热保温板的密度为0.28 g/cm3，压缩强度为3.2 Mpa。
实施例3
一种隔热保温板，结构如图1、图2和图5所示，即与实施例1的不同之处在于：导流件和注胶件的实施方式见图4，所述导流件为一根导流管5，所述注胶件为一根注胶管7；所述导流管5由一塑料带螺旋缠绕形成（可通过市购“用于收纳整理电线或网线的缠绕管”获得），导流管5呈U形连续均匀铺设在第一导流网表面，导流管5的一端连接有注胶管7，注胶管7的另一端作为注胶口8；制备步骤同实施例1。
本实施例制备的隔热保温板的密度为0.33 g/cm3，压缩强度为3.8 Mpa。

Claims (10)

1.一种隔热保温板，其特征在于：包括第一面板层、第二面板层、夹芯层、骨架支撑层，所述夹芯层设置在第一面板层与第二面板层之间，夹芯层由若干个纤维增强气凝胶复合毡相互拼接而成，夹心层和第一面板层之间、夹心层和第二面板层之间、夹心层的四周边缘以及夹心层中任意两个相邻纤维增强气凝胶复合毡的拼接缝中一体成型填充有骨架支撑层，骨架支撑层与第一面板层、第二面板层一体成型；
所述第一面板层、第二面板层和骨架支撑层同时为纤维增强树脂复合材料。
2.如权利要求1所述的隔热保温板，其特征在于：所述纤维增强树脂复合材料中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或芳纶，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂；所述纤维增强气凝胶复合毡中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维、岩棉纤维、苎麻纤维、玄武岩纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰亚胺纤维、PET纤维、PP纤维或芳纶纤维，气凝胶为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、二氧化锆气凝胶或二氧化钛气凝胶。
3.如权利要求1所述的隔热保温板，其特征在于：第一面板层的厚度为0.5-5 mm，第二面板层的厚度为0.5-5 mm，纤维增强气凝胶复合毡的厚度为2-20 mm。
4.如权利要求3所述的隔热保温板，其特征在于：纤维增强气凝胶复合毡为长方体。
5.一种如权利要求1~4之任一项所述的隔热保温板的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）、铺层：由下至上依次将离型膜、第一脱模布、第一纤维布、第三纤维布包裹的纤维增强气凝胶复合毡、第二纤维布、第二脱模布、导流件进行铺层，导流件连接有注胶件，至此获得层叠体；所述第一纤维布、第二纤维布和第三纤维布中的纤维对应为纤维增强树脂复合材料中的纤维；
（2）、密封：将步骤（1）所得层叠体用真空袋膜密封并保证注胶件的注胶口外露于真空袋膜，然后抽真空保压处理；
（3）、配制胶液：将纤维增强树脂复合材料中对应的树脂、固化剂、促进剂按照质量比100∶（2-5）∶（0.2-1）混合均匀，即得到胶液；
（4）、注胶：通过注胶口向步骤（2）所得密封完好的层叠体注入步骤（3）所得胶液，保证胶液能够浸渍整个第一纤维布、第二纤维布和第三纤维布直至它们吸收饱和；
（5）、固化：注胶完成后，将注胶口密封，真空状态下完成固化；
（6）、脱模：固化完成后脱模处理，即得隔热保温板。
6.如权利要求5所述的隔热保温板，其特征在于：步骤（1）中，导流件外包裹有第二导流网，铺设第二脱模布后，先在第二脱模布上面铺设第一导流网，然后再将第二导流网包裹的导流件铺设在第一导流网上面。
7.如权利要求6所述的隔热保温板的制备方法，其特征在于：所述导流件包括若干根导流管，所述注胶件包括若干根支注胶管，支注胶管的数量和导流管的数量相同；所述导流管由一塑料带螺旋缠绕形成，所有导流管平行间隔排列铺设在第一导流网表面，每根导流管的一端各自连接一根支注胶管，每根支注胶管的另一端分别作为注胶口。
8.如权利要求7所述的隔热保温板的制备方法，其特征在于：所述注胶件包括一根主注胶管，所有支注胶管并连至该主注胶管，主注胶管的另一端作为注胶口。
9.如权利要求6所述的隔热保温板的制备方法，其特征在于：所述导流件为一根导流管，所述注胶件为一根注胶管；所述导流管由一塑料带螺旋缠绕形成，导流管呈U形连续均匀铺设在第一导流网表面，导流管的一端连接有注胶管，注胶管的另一端作为注胶口。
10.如权利要求5所述的隔热保温板，其特征在于：步骤（2）中，抽真空保压20-60 min；步骤（5）中，固化时固化温度为20-180 ℃，固化时间为0.5-12 h。
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