CN112321197A - 一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法。将制备好的陶瓷颗粒和纤维复合材料与亲水型气相二氧化硅和反热辐射粉按比例混合，一同放入密封式高速粉碎机中粉碎，利用微纳米粉体表面包覆原理使材料相互复合。冷却后取出粉料放入开放式搅拌器中进行搅拌，同时通过喷淋器喷淋雾状胶溶液以充分润湿并使胶液和粉料搅拌均匀。然后将搅拌完成的材料取出放入模具中压制成型，最后使用烘箱烘干即制得最终产品。本发明保障材料在高温下的稳定性同时，使其拥有优良的绝热保温性能。具有保温性能好，强度高的优点。适宜作为多种高温段绝热保温工程中应用。

Description

一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法

技术领域

本发明属于保温材料领域，具体地说是一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法。所制备的产品为多种微纳米级复合陶瓷粉料及少量无机纤维经压制而成的硬质材料，可加工成多种形状和规格。广泛适用于高温段的保温绝热工程当中。

背景技术

在当前保温材料领域广泛所使用的材料主要是无机纤维类材料，有机发泡材料以及无机非金属材料等几类。这些材料的性能特点、适用温度和使用场景也各有不同。在高温领域使用时，有机类发泡材料虽然有着导热系数低、可塑性强的优点，但材料本身不能长期耐受高温，极易老化变性，甚至引发火灾风险。而纤维类保温材料则会在高温下暴露出孔隙变大形成热桥导致热阻减小等缺点。

发明内容

为了克服现有保温绝热材料存在的不足，本发明提出了一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法。该方法通过微纳米粉体表面包覆技术，使数种陶瓷颗粒材料相互复合，并对其表面和结构内部改性，使材料的绝热保温性能大幅提升，解决保温绝热材料制备的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

将制备好的陶瓷颗粒和纤维复合材料与亲水型气相二氧化硅和反热辐射粉按比例混合，一同放入密封式高速粉碎机中粉碎，利用微纳米粉体表面包覆原理使材料相互复合。冷却后取出粉料放入开放式搅拌器中进行搅拌，同时通过喷淋器喷淋雾状胶溶液以充分润湿并使胶液和粉料搅拌均匀。然后将搅拌完成的材料取出放入模具中压制成型，最后使用烘箱烘干即制得最终产品。

积极效果：本发明选用膨化蛭石为主要载体，利用微纳米包覆技术将气相型二氧化硅与蛭石紧密复合，保障材料在高温下的稳定性同时，使其拥有优良的绝热保温性能。而后采用了喷雾润湿和压制烘干成型的方法，将粉体材料转变为型材，为成品提供了足够的结构强度。适宜作为多种高温段绝热保温工程中应用。

具体实施方式

实施例：

陶瓷颗粒和纤维复合材料的制备：在每150kg蛭石中，加入膨润土15kg，短切玻璃纤维5kg。使用搅拌机将以上原料混合均匀。

反热辐射粉的制备：二氧化钛、三氧化二铝、碳化硅、氧化钇、石英粉按照质量比4:2:2:1:1的比例配好混合后，在300℃烘箱中烘烤1h，然后放入密封式高速粉碎机中粉碎3min。

成品生产制作过程：

将制备好的陶瓷颗粒和纤维复合材料与亲水型气相二氧化硅按重量比3:7的比例先混合均匀，再加入占总质量10%-15%的反热辐射粉。然后一同放入密封式高速粉碎机中，以6000rpm的转速粉碎3min，冷却3min后再粉碎1min。待完全冷却后取出。

将取出的粉料放入开放式搅拌器中进行搅拌，同时通过喷淋器喷淋质量分数为15%的雾状聚乙烯醇溶液。控制喷淋器速度使之与粉料加入量匹配，在15min内喷淋与粉料等质量的溶液。停止喷淋后继续搅拌15min。

将搅拌完成的材料取出放入模具中， 以0.5MPa的压力压制5min后脱模成型。然后放入鼓风烘箱内用120℃恒温烘干3h得到型材成品。

材料性能：

膨化蛭石作为陶瓷类保温绝热材料，能在高温下长时间稳定工作，且其内部结构上的层间空隙及表面结构上的孔隙和凹陷部分均有利于与气相型二氧化硅的复合。

亲水型气相二氧化硅的导热系数在0.025 W·K^-1·m^-1，材料尺度小，易进入蛭石颗粒层间或吸附于其表面，形成稳定的复合结构。

短切玻璃纤维均匀地分散在成品当中，在材料内部起到了联结和拉结作用，与聚乙烯醇一同作用达到结构支撑的功效。

聚乙烯醇在压制成型过程中用作胶凝剂，使材料中的粉体颗粒相互粘结，而后在烘干和高温使用中自然碳化，作为骨架保留在材料中，保证了材料的强度。

反热辐射粉所选用的几种材料，分别在各波长段的红外、远红外辐射有着优良的反射效果，在高温段能显著地提升材料的反热辐射性能。

技术原理：

本发明选用蛭石和气相型二氧化硅作为主要成分，利用微纳米粉体表面包覆原理，通过高速粉碎过程中材料的相互接触碰撞以及材料在摩擦产生高温作用下的热运动，使气相型二氧化硅填充进入蛭石层间，在高温段工作中阻断了蛭石层间的热对流提高了热阻。在蛭石颗粒表面的孔隙和凹陷处也包覆上气相型二氧化硅，使蛭石颗粒间的热传导性能降低，进一步提升了绝热性能。充分利用了蛭石内部的层状结构和气相型二氧化硅导热系数低的优点，在微纳米尺度上形成了两种不同陶瓷类材料的紧密复合结构。同时弥补了蛭石封闭孔隙相对较少，热传导效应偏高和气相型二氧化硅不易成型的缺陷。

创新点在于：

所选用的原材料和应用了微纳米粉体表面包覆的制备方法具有创新性。复合后的粉体通过喷雾润湿再压制烘干成型，由此制得的型材成品和工艺步骤也不同于传统纤维类保温材料和有机发泡类保温材料。并且在产品中添加了反热辐射材料，能够隔绝反射高温段中的红外、远红外热辐射，从而进一步提升了整体的绝热保温性能。

特点：

按照本方法制得的绝热保温材料，能够在高温下长时间稳定工作，具有导热系数低、反热辐射能力强的性能优点。并且可以依据实际需求加工成各种形状，适宜作为一种应用于高温段绝热保温工程的新型复合材料使用。

Claims (3)

1.一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法，包括步骤1、2和3，其特征是：

制作过程：

步骤1、将制备好的陶瓷颗粒和纤维复合材料与亲水型气相二氧化硅按重量比3:7的比例先混合均匀，再加入占总质量10%-15%的反热辐射粉，然后一同放入密封式高速粉碎机中，以6000rpm的转速粉碎3min，冷却3min后再粉碎1min，待完全冷却后取出；

步骤2、将取出的粉料放入开放式搅拌器中进行搅拌，同时通过喷淋器喷淋质量分数为15%的雾状聚乙烯醇溶液，控制喷淋器速度使之与粉料加入量匹配，在15min内喷淋与粉料等质量的溶液，停止喷淋后继续搅拌15min；

步骤3、将搅拌完成的材料取出放入模具中， 以0.5MPa的压力压制5min后脱模成型，然后放入鼓风烘箱内用120℃恒温烘干3h得到型材成品。

2.根据权利要求1所述的一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法，其特征是：陶瓷颗粒和纤维复合材料的制备：在每150kg蛭石中，加入膨润土15kg，短切玻璃纤维5kg，使用搅拌机将以上原料混合均匀。

3.根据权利要求1所述的一种利用微纳米粉体包敷制备复合绝热材料的方法，其特征是：反热辐射粉的制备：二氧化钛、三氧化二铝、碳化硅、氧化钇、石英粉按照质量比4:2:2:1:1的比例配好混合后，在300℃烘箱中烘烤1h，然后放入密封式高速粉碎机中粉碎3min。