CN112795122A - 纳米粉体基隔热材料及其制备方法 - Google Patents

纳米粉体基隔热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种纳米粉体基隔热材料及其制备方法。所述方法包括以下步骤：用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅颗粒进行表面改性得第一颗粒；将第一颗粒分散在有机溶剂中，氮气氛围下搅拌，向其中加入甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂反应，将反应产物抽滤，干燥，得到第二颗粒；将第二颗粒与无机纤维、辐射屏蔽剂搅拌混合得到混合料；将混合料热压成型，热处理，自然冷却至室温得到纳米粉体基隔热材料。所要解决的技术问题是应用该方法制备的纳米粉体基隔热材料不仅具有低导热系数、低密度等优良性能，且还具有良好的力学性能，其常温导热系数≤0.030W/mk，5％压缩强度≥2MPa，10％压缩强度≥4MPa，密度≤0.41g/cm3，从而更加适于实用。

Description

纳米粉体基隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高温隔热材料制造技术领域，特别是涉及一种纳米粉体基隔热材料及其制备方法。
背景技术
纳米粉体基隔热材料作为一种超级隔热材料，具有低导热、低密度、制备简易等特点，但是其力学性能差，这成为制约其发展的重要因素。
现有技术中的纳米粉体基隔热材料主要是以纳米粉体为原料，通过一定的成型工艺使其获得具有类似气凝胶纳米孔的结构。该制备工艺属于干法工艺，是将原料混合均匀后，在模具中直接加压成型，可获得干法制备的纳米粉体基隔热材料。该制备工艺过程简单、无污染、周期短，隔热材料内部的孔洞结构为纳米级尺寸，具有与气凝胶相接近的隔热性能。因此，与气凝胶隔热材料相比，采用该制备工艺制备纳米粉体基隔热材料可以大幅度降低隔热材料的成本。但是，由该制备工艺得到的纳米粉体基隔热材料存在力学强度差的缺陷。为此，国内外所研制的具有实用价值的纳米粉体基隔热材料都需要采取各种工艺对其进行增强。
目前，相关研究表明：通过添加大量的纤维或者胶粘剂可以增加其强度，但是在力学强度提升的同时却带来了隔热性能下降的问题。尚无有效的方法能够得到既隔热性能好又力学强度高的纳米粉体基隔热材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种纳米粉体基隔热材料及其制备方法，所要解决的技术问题是应用所述的方法制备的纳米粉体基隔热材料不仅具有低导热系数、低密度等优良性能，且还具有良好的力学性能，其常温导热系数≤0.030W/mk，5％压缩强度≥2MPa，10％压缩强度≥4MPa，密度≤0.41g/cm3，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种纳米粉体基隔热材料的制备方法，其包括以下步骤：
1)用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅颗粒进行表面改性，得第一颗粒；
2)将第一颗粒分散在有机溶剂中，氮气氛围下搅拌，向其中加入甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂，于60～120℃条件下反应4～10h，将反应产物抽滤，干燥，得到第二颗粒；
3)将所述第二颗粒与无机纤维、辐射屏蔽剂搅拌混合，得到混合料；
4)将所述混合料热压成型，热处理，自然冷却至室温，得到纳米粉体基隔热材料。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的制备方法，其中步骤1)所述表面改性的步骤如下：将纳米二氧化硅颗粒置于容器中，于超声条件下向所述容器中加入硅烷偶联剂制得纳米二氧化硅分散液；将所述纳米二氧化硅分散液于60±2℃条件下烘干。
优选的，前述的制备方法，其中所述硅烷偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少的一种。
优选的，前述的制备方法，其中以质量百分含量计，步骤2)中各种原料的配比如下：第一颗粒6.6～27.0％，有机溶剂54～60％，引发剂0.9～6.7％和甲基丙烯酸甲酯单体18～26.7％；所述纳米二氧化硅颗粒的纯度为95.00～99.99％，粒径为10～100nm。
优选的，前述的制备方法，其中所述有机溶剂选自甲苯，甲醇和乙酸乙酯中的至少一种。
优选的，前述的制备方法，其中所述引发剂选自偶氮二异丁腈和/或异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
优选的，前述的制备方法，其中以质量份计，步骤3)所述混合料包括：第二颗粒70.5～98.4％，无机纤维0.5～17.7％和辐射屏蔽剂1.0～11.8％。
优选的，前述的制备方法，其中步骤4)所述热压成型的工艺参数如下：压力0.1～50MPa，保压时间0.1～2h，温度100～300℃，加热时间1～8h。
优选的，前述的制备方法，其中步骤4)所述热处理的工艺参数如下：温度200～500℃，加热时间10～20h。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种根据前述的方法制备的纳米粉体基隔热材料，所述纳米粉体基隔热材料的密度≤0.41g/cm3，5％压缩强度≥2MPa，10％压缩强度≥4MPa，常温导热系数≤0.030W/mk。
借由上述技术方案，本发明提出的一种纳米粉体基隔热材料及其制备方法至少具有下列优点：
1、本发明提出的纳米粉体基隔热材料及其制备方法，其通过采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面处理，然后再将处理后的第一颗粒与甲基丙烯酸甲酯单体进行接枝聚合反应得到第二颗粒，使之形成SiO2-PMMA大分子网络结构，可以有效提高纳米粉体基隔热材料的力学强度，同时依然保留了其低导热，低密度的隔热材料特性；
2、本发明提出的纳米粉体基隔热材料及其制备方法，其通过合理设计所述接枝反应的原料配比以及反应工艺参数，使所述接枝反应的活化率较高，进一步通过合理设计所述接枝物(第二颗粒)与无机纤维和辐射屏蔽剂的配比以及后续的热压成型和热处理的工艺参数，使得粉体部分进行了烧结，可以进一步提升材料的强度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种纳米粉体基隔热材料及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明提出一种纳米粉体基隔热材料的制备方法，包括以下步骤：1)用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅颗粒进行表面改性，得第一颗粒；2)将第一颗粒分散在有机溶剂中，氮气氛围下搅拌，向其中加入甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂，于60～120℃条件下反应4～10h，将反应产物抽滤，干燥，得到第二颗粒；3)将所述第二颗粒与无机纤维、辐射屏蔽剂搅拌混合，得到混合料；4)将所述混合料热压成型，热处理，自然冷却至室温，得到纳米粉体基隔热材料。
上述技术方案中，气相纳米二氧化硅表面多为孤立的硅羟基，因此其可以和官能团发生反应，也即其能够通过和聚合物进行接枝改性的方法，将聚合物链通过化学反应的方式接枝到纳米二氧化硅颗粒的表面，从而在纳米二氧化硅颗粒的表面引入各种活性基团，然后利用所述活性基团的性质，进行聚合或共聚，形成有机-无机大分子的网络结构，从而实现提高纳米粉体基隔热材料的力学强度的效果。
上述步骤1)中所述的表面改性采用硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂是一种表面改性剂，其中包含有机官能基和硅烷氧基；所述的硅烷氧基对无机物具有反应性，所述的有机官能基对有机物具有反应性或相容性；当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，从而可以实现有机聚合物改性纳米二氧化硅的性能。
经过步骤1)表面改性的二氧化硅颗粒，也即第一颗粒的表面连接上有机官能团，可以为步骤2)所述的接枝反应提供反应的接枝点，从而实现丙烯酸甲酯的聚合物链段有效地接枝于二氧化硅颗粒的表面，从而有效地改善纳米粉体基隔热材料的力学强度。
进一步的，采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面改性是二氧化硅和甲基丙烯酸甲酯接枝反应的前置步骤。如果未首先采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面改性，则甲基丙烯酸甲酯单体无法聚合接枝于二氧化硅表面。即使将其按照上述的工艺参数进行反应，也只能形成甲基丙烯酸甲酯的均聚物和二氧化硅粉体的物理共混，二者无法成为一个有机整体，也无法形成有机-无机大分子的网络结构，从而无法实现本发明的技术效果。
由上述步骤2)反应得到的第二颗粒为二氧化硅与甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体的接枝物，上述接枝反应的发生以及反应程度的表征方法如下：
将第一颗粒，也即硅烷偶联剂改性之后与MMA单体接枝反应之前的二氧化硅颗粒分散在丙酮溶剂中静置1h，观察二氧化硅颗粒在丙酮溶剂中的状态发现：第一颗粒在丙酮溶剂中明显沉降，说明第一颗粒在丙酮溶剂中的分散性较差。
将第二颗粒，也即MMA单体接枝反应之后的二氧化硅颗粒分散在丙酮溶剂中静置1h，观察二氧化硅颗粒在丙酮溶剂中的状态发现：第二颗粒能较长时间均匀地分散于丙酮中，不易沉降，说明第二颗粒在丙酮溶剂中的分散性良好。
进一步的，由所述步骤2)反应得到的第二颗粒为二氧化硅与MMA单体的接枝物，可以通过活化率H可以表示接枝反应的程度，H越大，则表示接枝反应越完全，活化率H的获取方法如下：
取一定量的第二颗粒加入丙酮溶剂中，静置1h，过滤，将沉淀物烘干，称量，按照下述公式计算接枝反应的活化率H：
Figure BDA0002872607140000051
其中，M0为第二颗粒的试样总质量，MS为沉淀物的质量。
通过上述技术方案得到的第二颗粒，也即接枝反应的活化率H≥60％时其对于纳米粉体基隔热材料的力学强度的改善具有较好的效果；但是，接枝反应的活化率H≥80％时工艺上具有一定的难度，本发明技术方案中接枝反应的活化率H为60％～80％。
步骤3)和步骤4)可以采用现有技术中纳米粉体基隔热材料的常规工艺参数，也可以根据本发明技术方案改性得到的接枝物对其工艺参数进行优选以期进一步改善所述纳米粉体基隔热材料的性能。
优选的，步骤1)所述表面改性的步骤如下：将纳米二氧化硅颗粒置于容器中，于超声条件下向所述容器中加入硅烷偶联剂制得纳米二氧化硅分散液；将所述纳米二氧化硅分散液于60±2℃条件下烘干。
所述超声的频率和超声的时间按照本领域常规参数进行设置即可，在本发明中不作具体限定。
优选的，所述硅烷偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少的一种。
所述3－氨丙基三乙氧基硅烷简称KH550；所述γ－缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷简称KH560；所述γ－(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷简称KH570。
优选的，所述硅烷偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
优选的，以质量百分含量计，步骤2)中各种原料的配比如下：第一颗粒6.6～27.0％，有机溶剂54～60％，引发剂0.9～6.7％和甲基丙烯酸甲酯单体18～26.7％；所述纳米二氧化硅颗粒的纯度为95.00～99.99％，粒径为10～100nm。
优选的，以质量份计，步骤1)中各种原料的配比如下：第一颗粒11.1～20.4％，有机溶剂56.9～59.3％，引发剂2.4～3.7％和MMA单体20.3～26.0％。
优选的，以质量计，所述纳米二氧化硅颗粒的纯度为98.00～99.99％，粒径为20～40nm。
优选的，步骤2)反应的工艺参数如下：反应温度80～100℃，反应时间6～8h。
所述反应温度的优选主要考虑温度对接枝反应结果的影响，接枝活化率H越高，则所述的第二颗粒越有利于其对于纳米粉体基隔热材料力学性能的改善。反应温度60～120℃的范围内均可有效地发生接枝反应，温度80～100℃时其接枝反应的活化率尤其高。
所述反应时间的优选主要考虑对接枝反应结果的影响，一般的接枝反应时间过短时则化学反应不充分，接枝反应的活化率较低，难以发挥其通过接枝改性改善纳米粉体基隔热材料力学性能的效果；而反应时间过长时，接枝反应的活化率非常缓慢地提高，从制造效率以及从生产成本发明综合分析其性价比并不好，本发明技术方案优选反应时间为4～10h，尤其优选反应时间6～8h。
优选的，所述有机溶剂选自甲苯，甲醇和乙酸乙酯中的至少一种。
优选的，步骤2)所述有机溶剂为甲苯。
优选的，所述引发剂选自偶氮二异丁腈和/或异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
所述偶氮二异丁腈简称AIBN；所述异氰酸丙基三乙氧基硅烷简称IPTS；所述偶氮二异丁腈简称AIBN。
优选的，步骤2)所述引发剂选自偶氮二异丁腈。
优选的，以质量份计，步骤3)所述混合料包括：第二颗粒70.5～98.4％，无机纤维0.5～17.7％和辐射屏蔽剂1.0～11.8％。
优选的，以质量份计，步骤3)所述混合料包括：第二颗粒82.3～95.3％，无机纤维3.5～11.8％和辐射屏蔽剂1.2～5.9％。
所述的无机纤维为短切纤维，其选自石英纤维，玻璃纤维，玄武岩纤维，莫来石纤维，碳纤维，氧化铝纤维和氧化锆纤维中的至少一种。
优选的，所述的无机纤维为石英纤维和/和碳纤维。
所述无机纤维用于提高所述纳米粉体基隔热材料的强度。
所述的辐射屏蔽剂选自SiC，TiO2和ZrO2中的至少一种；所述辐射屏蔽剂的粒径为1～15μm。
优选的，所述的辐射屏蔽剂选自SiC和/或TiO2；所述辐射屏蔽剂的粒径为3～10μm。
所述辐射屏蔽剂用于提高所述纳米粉体基隔热材料的隔热性能。
优选的，步骤4)所述热压成型的工艺参数如下：压力0.1～50MPa，保压时间0.1～2h，温度100～300℃，加热时间1～8h。
优选的，步骤4)所述热压成型的工艺参数如下：压力1～30MPa，保压时间0.3～1h，温度150～250℃，加热时间2～6h。
优选的，步骤4)所述热处理的工艺参数如下：温度200～500℃，加热时间10～20h。
优选的，步骤4)所述热处理的工艺参数如下：温度300～400℃，加热时间12～18h。
本发明还提出一种根据前述的方法制备的纳米粉体基隔热材料，其密度≤0.41g/cm3，5％压缩强度≥2MPa，10％压缩强度≥4MPa，常温导热系数≤0.030W/mk。
本发明通过硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面改性和接枝甲基丙烯酸甲酯(MMA)改性纳米二氧化硅的技术手段的联用，使所述粉体基隔热材料形成SiO2-PMMA的大分子网络结构，从而极大地提高了纳米粉体基隔热材料的力学强度。
下面通过更为具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。实施例中所使用的原料，如未特别说明均采用市售采购，实施例中的性能检测均采用本领域常规的测试方法进行检测。
实施例1
将纯度95.00～99.99％、粒径10～100nm的纳米二氧化硅颗粒置于烧杯中，向所述烧杯中加入硅烷偶联剂KH570，超声分散，制得纳米二氧化硅分散液；所述纳米二氧化硅颗粒与所述硅烷偶联剂的质量比为1:1.2。将所述纳米二氧化硅分散液于60±2℃条件下烘干，得第一颗粒，备用。
将硅烷偶联剂表面处理过的30g第一颗粒分散到100g甲苯溶剂中，在90℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入7g AIBN；然后加入50g MMA单体，反应6h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到第二颗粒。
称取40g第二颗粒，放入丙酮溶剂中静置1h，滤出沉淀部分，烘干称重，计算接枝反应的活化率H为71.32％。
实施例2
将纯度95.00～99.99％、粒径10～100nm的纳米二氧化硅颗粒置于烧杯中，向所述烧杯中加入硅烷偶联剂KH560，超声分散，制得纳米二氧化硅分散液；所述纳米二氧化硅颗粒与所述硅烷偶联剂的质量比为1:1.2。将所述纳米二氧化硅分散液于60±2℃条件下烘干，得第一颗粒，备用。
将硅烷偶联剂表面处理过的50g第一颗粒分散到150g甲醇溶剂中，在90℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入7g AIBN；然后加入60g MMA单体，反应7h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到第二颗粒。
称取50g第二颗粒，放入丙酮溶剂中静置1h，滤出沉淀部分，烘干称重，计算接枝反应的活化率H为68.47％。
实施例3
第一颗粒的制备同实施例1。
将硅烷偶联剂表面处理过的30g第一颗粒分散到100g甲苯溶剂中，在80℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入5g AIBN；然后加入30g MMA单体，反应6h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到第二颗粒。
采用机械搅拌将50g第二颗粒与10g石英纤维，5g SiC进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力10Mpa，保压时间0.5h，温度180℃下加热5h，得到块体；将块体在300℃下热处理14h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.39g/cm3，5％压缩强度为2.3MPa，10％压缩强度4.2MPa，常温导热系数0.028W/mk。
实施例4
第一颗粒的制备同实施例2。
将硅烷偶联剂表面处理过的50g第一颗粒分散到150g甲醇溶剂中，在60℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入7g AIBN；然后加入60g MMA单体，反应10h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；采用机械搅拌将70g接枝物与15g氧化铝纤维，8g TiO2进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力15MPa，保压时间0.3h，温度170℃加热2h，得到块体；将块体在280℃下热处理15h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.35g/cm3，5％压缩强度2.2MPa，10％压缩强度4.3MPa，常温导热系数0.027W/mk。
实施例5
第一颗粒的制备同实施例1。
将硅烷偶联剂表面处理过的60g第一颗粒分散到180g甲苯中，在100℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入5g ITPS；然后加入50gMMA单体，反应5h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；采用机械搅拌将70g接枝物与12g石英纤维，4gSiC和4g ZrO2进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力8MPa，保压时间1h，温度160℃加热4h，得到块体；将块体在330℃下热处理11h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.40g/cm3，5％压缩强度2.5MPa，10％压缩强度4.1MPa，常温导热系数0.029W/mk。
实施例6
第一颗粒的制备同实施例1。
将硅烷偶联剂表面处理过的40g第一颗粒分散到120g甲苯中，在120℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入7gAIBN；然后加入50gMMA单体，反应4h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；采用机械搅拌将70g接枝物与14g碳纤维，7gSiC进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力15MPa，保压时间0.2h，温度200℃加热6h，得到块体；将块体在320℃下热处理12h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.36g/cm3，5％压缩强度2.6MPa，10％压缩强度4.7MPa，常温导热系数0.027W/mk。
实施例7
第一颗粒的制备同实施例1。
将硅烷偶联剂表面处理过的第一颗粒10g分散到90g甲苯中，在90℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入10gAIBN；然后加入80gMMA单体，反应8h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；采用机械搅拌将60g第二颗粒与15g碳纤维、10g SiC进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力5MPa，保压时间1.5h，温度150℃加热8h，得到块体；将块体在240℃下热处理20h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.41g/cm3，5％压缩强度2.4MPa，10％压缩强度4.5MPa，常温导热系数0.029W/mk。
实施例8
第一颗粒的制备同实施例1。
将硅烷偶联剂表面处理过的第一颗粒60g分散到120g甲苯中，在90℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入2gAIBN；然后加入40gMMA单体，反应6h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；采用机械搅拌将76g接枝物与0.5g碳纤维，0.85gSiC进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力30MPa，保压时间2h，温度300℃加热1h，得到块体；将块体在450℃下热处理15h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.35g/cm3，5％压缩强度2.0MPa，10％压缩强度4.1MPa，常温导热系数0.030W/mk。
实施例9
第一颗粒的制备同实施例1。
将硅烷偶联剂表面处理过的第一颗粒30g分散到160g甲苯中，在90℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入10gAIBN；然后加入70gMMA单体，反应6h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；采用机械搅拌将70g接枝物与10g碳纤维，5gSiC进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力50MPa，保压时间0.1h，温度180℃加热4h，得到块体；将块体在200℃下热处理15h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.37g/cm3，5％压缩强度3.1MPa，10％压缩强度5.3MPa，常温导热系数0.024W/mk。
实施例10
第一颗粒的制备同实施例1。
将硅烷偶联剂表面处理过的第一颗粒50g分散到140g甲苯中，在90℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入6gAIBN；然后加入50gMMA单体，反应6h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；采用机械搅拌将80g接枝物与3g碳纤维，1gSiC进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力15MPa，保压时间0.2h，温度200℃，得到块体；将块体在320℃下热处理12h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.32g/cm3，5％压缩强度3.4MPa，10％压缩强度5.4MPa，常温导热系数0.027W/mk。
对比例1
采用机械搅拌将60g纳二氧化硅与12g碳纤维，6g SiC进行搅拌混合，得到混合料；将混合料倒入模具中进行热压成型，压力10MPa，保压时间0.3h，温度200℃，得到块体；将块体在310℃下热处理12h后，自然冷却至室温。
所获得的纳米二氧化硅粉体基隔热材料的密度0.29g/cm3，5％压缩强度0.9MPa，10％压缩强度1.5MPa，常温导热系数0.028W/mk。
对比例2
第一颗粒的制备同实施例2。
称取硅烷偶联剂表面处理过的第一颗粒50g，放入丙酮溶剂中静置1h，滤出沉淀部分，烘干称重，计算其活化率H为45.62％。
对比例3
将未经硅烷偶联剂表面处理的纳米二氧化硅30g分散到100g甲苯中，在90℃通入氮气(N2)下机械搅拌，边搅拌边加入7g AIBN；然后加入50gMMA单体，反应6h；将反应得到的产物抽滤、干燥，得到接枝物；称取40g接枝产物放入丙酮溶剂中静置1h，滤出沉淀部分，烘干称重，计算活化率H为24.28％。
通过上述实施例和对比例的性能数据可见，本发明的技术方案通过采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面处理，然后再将处理后的第一颗粒与甲基丙烯酸甲酯单体进行接枝聚合反应得到第二颗粒，最后和无机纤维、辐射屏蔽剂混合后热压和热处理，得到纳米基粉体隔热材料不仅具有低导热系数、低密度等优良性能，而且还具有良好的力学性能。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种纳米粉体基隔热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅颗粒进行表面改性，得第一颗粒；
2)将第一颗粒分散在有机溶剂中，氮气氛围下搅拌，向其中加入甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂，于60～120℃条件下反应4～10h，将反应产物抽滤，干燥，得到第二颗粒；
3)将所述第二颗粒与无机纤维、辐射屏蔽剂搅拌混合，得到混合料；
4)将所述混合料热压成型，热处理，自然冷却至室温，得到纳米粉体基隔热材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述表面改性的步骤如下：将纳米二氧化硅颗粒置于容器中，于超声条件下向所述容器中加入硅烷偶联剂制得纳米二氧化硅分散液；将所述纳米二氧化硅分散液于60±2℃条件下烘干。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，步骤2)中各种原料的配比如下：第一颗粒6.6～27.0％，有机溶剂54～60％，引发剂0.9～6.7％和甲基丙烯酸甲酯单体18～26.7％；所述纳米二氧化硅颗粒的纯度为95.00～99.99％，粒径为10～100nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲苯，甲醇和乙酸乙酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自偶氮二异丁腈和/或异氰酸丙基三乙氧基硅烷。
7.根据权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，以质量份计，步骤3)所述混合料包括：第二颗粒70.5～98.4％，无机纤维0.5～17.7％和辐射屏蔽剂1.0～11.8％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述热压成型的工艺参数如下：压力0.1～50MPa，保压时间0.1～2h，温度100～300℃，加热时间1～8h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述热处理的工艺参数如下：温度200～500℃，加热时间10～20h。
10.一种根据权利要求1至8任一项所述的方法制备的纳米粉体基隔热材料，其特征在于，所述纳米粉体基隔热材料的密度≤0.41g/cm3，5％压缩强度≥2MPa，10％压缩强度≥4MPa，常温导热系数≤0.030W/mk。
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