CN114484153B - 一种可塑形的纳米隔热板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可塑形的纳米隔热板材及其制备方法，其结构包括压制为一体的纳米隔热材料和增强体，所述纳米隔热材料压制分布在增强体本体的缝隙中以及相邻增强体的层间；所述增强体包括设置于上、下表层的两个第一增强体和设置于两个第一增强体之间的至少一层第二增强体，所述第一增强体为纤维增强树脂材料；增强体的边缘通过树脂胶液粘接密封。其制备方法为先将纳米隔热材料与增强体压制成隔热片，然后隔热片叠加成层叠体，含有第一增强体的隔热片材位于表层，再经热压制得纳米隔热板材。本发明的可塑形的纳米隔热板材不仅具有优异的隔热性能，还具有优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于隔热材料的制备技术领域，具体涉及一种可塑形的纳米隔热板材及其制备方法。
背景技术
纳米隔热材料具有质轻、高孔隙率、低导热系数等优点，常见的纳米隔热材料一般有两种，一种是纳米粉体、短切纤维、填料等材料经压制成型得到；一种是溶胶凝胶法制得的气凝胶粉体材料。可知，当单独使用纳米隔热材料时，会存在结构强度低、整体性能差等缺陷，进而影响其发挥优异的隔热性能，并且日用以及工业领域中的产品往往不是规则的形状，这就限制纳米隔热材料的广泛应用。
因此，制备出兼备优异的力学性能和隔热性能的纳米隔热材料尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中存在的不足，提供一种可塑形的纳米隔热板材及其制备方法。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案如下：
一种可塑形的纳米隔热板材，包括压制为一体的纳米隔热材料和增强体，所述纳米隔热材料压制分布在增强体本体的缝隙中以及相邻增强体的层间；所述增强体包括设置于上、下表层的两个第一增强体和设置于两个第一增强体之间的至少一层第二增强体，所述第一增强体为纤维增强树脂材料；增强体的边缘通过树脂胶液粘接密封。
增强体的边缘通过树脂胶液粘接密封，包括第一增强体的边缘通过树脂胶液粘接密封；第一增强体与第二增强体的边缘通过树脂胶液相互粘接密封。
较好地，所述第二增强体为预浸料、纤维布、纤维毡、针刺毡、金属网中的一种或多种；所述纤维增强树脂材料包括纤维和树脂，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维或硅酸铝纤维；所述树脂为不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
较好地，所述纳米隔热材料按质量包括纳米粉料60~80份，微米粉料0~10份，填料15~30份，短切纤维5~20份。
较好地，所述纳米粉料为纳米气相二氧化硅粉、纳米气相氧化铝粉、纳米气相氧化锆粉、纳米二氧化硅气凝胶粉、纳米氧化铝气凝胶粉和纳米氧化锆气凝胶粉中的一种或多种；所述微米粉料为微米气相氧化铝粉、微米气相二氧化硅粉、微米氧化铝气凝胶粉和微米二氧化硅气凝胶粉中的一种或多种；所述树脂胶液类别对应第一增强体中的树脂。
较好地，所述短切纤维为玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或多种；所述填料为氧化锆、硅酸锆、六钛酸钾、碳化硅、氧化钛、炭黑、氧化铁中的一种或多种。
上述纳米隔热板材的制备方法，具体制备步骤如下：
S1：将纳米粉料、微米粉料、填料、短切纤维按照质量比为（60~80）∶（0~10）∶（15~30）∶（5~20）的比例混合均匀制得混合物料；
S2：第一增强体、第二增强体铺设混合物料后压制成型，得第一隔热片、第二隔热片；
S3：依次铺设S2制得的第一隔热片、至少一层第二隔热片、第一隔热片，然后通过树脂胶液将第一隔热片和第二隔热片的边缘相互粘结得到边缘初步密封的层叠体；或当树脂胶液涂敷在第一隔热片和第二隔热片的边缘后进行烘烤得到边缘半固化的层叠体；
S4：将边缘初步密封的层叠体或边缘半固化的层叠体塑形、固化，得到边缘密封的纳米隔热板材。
较好地，所述步骤S2中，第一增强体和第二增强体的表面预先做粗糙处理。
较好地，在第一隔热片与第二隔热片之间或第二隔热片之间设置增强体，所述增强体为预浸料、纤维布、纤维毡、针刺毡、金属网中的一种或多种。
较好地，步骤S2中的模压压强为0.2-1.5 MPa；步骤S4中，固化温度为50-150℃，固化时间为2-12h。
本发明的积极有益效果如下：
1、本发明将纳米隔热材料压制在第一、第二增强体上制得第一、第二隔热片，隔热片能够因增强体的存在具备一定的柔性；在铺贴塑形时，边缘半固化的层叠体能够很好地贴合待保温设备的外壁，贴合后再弯曲固化得到边缘密封的纳米隔热板材，优化了施工工艺。
2、本发明制备的纳米隔热板材内部含有多层增强体，增强体表面附着有纳米隔热材料，因此二者复合制得的隔热材料不仅具有优异的隔热性能，还具有优异的力学性能。
3、本发明的纳米隔热板材，第一增强体采用纤维增强树脂材料，经过热压过程，纤维增强树脂材料中的树脂布满整个表面层，固化后，第一增强体上压制的纳米隔热材料被固定粘结增强体本体上，在装配或者运输时防止掉粉现象发生。同时，对增强体表面进行粗糙处理，使更多的纳米增强材料附着在增强体上，增大了纳米增强材料的分布密度。
4、通过树脂胶液对纳米隔热板材的边缘进行密封处理，阻隔了大量外界空气、水气等杂质进入内部，同时仅对边缘密封，不破坏内部的纳米隔热材料结构，因此，不影响隔热性能。
附图说明
图1为实施例3纳米隔热板材结构示意图的左视图；
图2为实施例2纳米隔热板材结构示意图的左视图；
图中，1-第一增强体；2-第二增强体；3-纳米隔热材料；4-纳米隔热板材的密封边缘。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细、清楚地描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：
一种可塑形的纳米隔热板材，参照图1，包括两层第一增强体1、一层第二增强体2和压制分布在增强体的本体缝隙中以及相邻增强体层间的纳米隔热材料3，其中第一增强体1和第二增强体2的边缘部分相互连接，形成纳米隔热板材的密封边缘4。其中纳米隔热材料3不与增强体互相连接。
所述第一增强体1为环氧树脂预浸料，第二增强体2为一层玻璃纤维布，所述纳米隔热材料组分包括纳米气相二氧化硅、微米气相氧化铝粉、氧化锆、玻璃纤维。
该种可塑形的纳米隔热板材的制备方法为：
S1：将纳米气相二氧化硅、微米气相氧化铝粉、氧化锆、玻璃纤维按照质量比为60：2：15∶5的比例混合均匀制得隔热材料用混合物料；
S2：将隔热材料用混合物料分别铺撒在第一增强体1和第二增强体2的表面，其中环氧树脂预浸料和纤维布的边缘区域留白不铺放混合物料，然后经模压制得若干柔性隔热片材，模压压强为0.2MPa；
S3：按照“第一隔热片-一层第二隔热片-第一隔热片”的顺序叠片铺层得到层叠体，然后将环氧树脂胶液涂敷在所有第一隔热片和第二隔热片的边缘区域；
S4：将上述层叠体贴合在待保温设备的表层，使用加热片加热第一增强体和层叠体上涂敷树脂胶液的边缘区域，发生固化反应，固化温度为130℃，固化时间为3h，固化完成后形成纳米隔热板材。
所制备的柔性隔热材料在常温下的导热系数为0.036W/m·K，压缩强度为8.69MPa。
实施例2：
一种可塑形的纳米隔热板材，如图2所示，包括两层第一增强体1、五层第二增强体2和分布在增强体本体缝隙中以及相邻增强体层间的纳米隔热材料3，其中两层第一增强体1的边缘相互连接，形成可塑形的纳米隔热板材的密封边缘4。
所述两层第一增强体1均为不饱和树脂预浸料，五层第二增强体2均为碳纤维布，所述纳米隔热材料3的组分包括气相二氧化钛、硅酸锆、高硅氧玻璃纤维。
该种可塑形的纳米隔热板材的制备方法，具体制备步骤如下：
S1：将气相二氧化钛、硅酸锆、高硅氧玻璃纤维按照质量比为70∶20∶15的比例混合均匀制得纳米隔热材料用混合物料；
S2：采用打磨工具对第一增强体1和第二增强体2的表面做粗糙处理，打磨过程中不损坏纤维丝；
S3：将混合物料铺放在经步骤S2处理过的第一增强体1和第二增强体2的表面，其中第一增强体的边缘区域留白不铺放混合物料，第二增强体的尺寸等于第一增强体除去边缘留白区域的尺寸，然后模压制得若干个第一隔热片和第二隔热片，模压压强为0.8MPa；
S4：按照“第一隔热片-五层第二隔热片-第一隔热片”的顺序叠片铺层得到层叠体，并将不饱和树脂胶液涂敷在上下两个第一增强体的边缘区域；
S5：将上述层叠体贴合在待保温设备的表层，使用加热片加热层叠体使其第一增强体涂敷树脂胶液的边缘区域发生固化反应，固化温度为100℃，固化时间为6h，固化完成后形成纳米隔热板材。
所制备的柔性隔热材料在常温下的导热系数为0.031W/m·K，压缩强度为7.85MPa。
实施例3：
一种可塑形的纳米隔热板材，如图1所示，包括两层第一增强体1、八层第二增强体2和分布在增强体本体缝隙中以及相邻增强体层间的纳米隔热材料3，其中第一增强体1和第二增强体2的边缘区域相互连接，形成纳米隔热板材的密封边缘4。其中纳米隔热材料3不与增强体互相连接。
所述第二增强体2为玻璃纤维毡，所述第一增强体1为酚醛树脂预浸料。所述纳米隔热材料3的组分包括纳米二氧化硅气凝胶、微米氧化铝气凝胶粉、氧化钛、硅酸铝纤维。
一种可塑形的纳米隔热板材的制备方法为：
S1：将二氧化硅气凝胶、微米氧化铝气凝胶粉、氧化钛、硅酸铝纤维按照质量比为80：10：30∶20的比例混合均匀制得隔热材料用混合物料；
S2：将隔热材料用混合物料分别铺撒在第一增强体1和第二增强体2的表面，然后经模压制得若干个第一隔热片和第二隔热片，模压压强为0.7MPa；
S3：按照“第一隔热片-八层第二隔热片-第一隔热片”的顺序叠片铺层，同时在相邻隔热片（包括第一隔热片与第二隔热片之间以及第二隔热片之间）之间铺放一层玻璃纤维毡，最终得到层叠体，然后将酚醛树脂胶液涂敷在所有第一隔热片、第二隔热片以及相邻隔热片之间的玻璃纤维毡的边缘区域；
S4：将上述层叠体贴合在待保温设备的表层，使用加热片加热层叠体使其第一增强体和层叠体上涂敷树脂胶液的边缘区域发生固化反应，固化温度为140℃，固化时间为3h，固化完成后形成纳米隔热板材。
所制备的柔性隔热材料在常温下的导热系数为0.038W/m·K，压缩强度为8.81MPa。
Claims (9)
1.一种可塑形的纳米隔热板材，其特征在于，
包括压制为一体的纳米隔热材料和增强体，所述纳米隔热材料压制分布在增强体本体的缝隙中以及相邻增强体的层间；所述增强体包括设置于上、下表层的两个第一增强体和设置于两个第一增强体之间的至少一层第二增强体，所述第一增强体为纤维增强树脂材料；增强体的边缘通过树脂胶液粘接密封；固化后，第一增强体上压制的纳米隔热材料被固定粘结增强体本体上。
2.如权利要求1所述的一种可塑形的纳米隔热板材，其特征在于，
所述第二增强体为预浸料、纤维布、纤维毡、针刺毡、金属网中的一种或多种；所述纤维增强树脂材料包括纤维和树脂，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维或硅酸铝纤维；所述树脂为不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
3.如权利要求1所述的一种可塑形的纳米隔热板材，其特征在于，
所述纳米隔热材料按质量包括纳米粉料60~80份，微米粉料0~10份，填料15~30份，短切纤维5~20份。
4.如权利要求3所述的一种可塑形的纳米隔热板材，其特征在于，
所述纳米粉料为纳米气相二氧化硅粉、纳米气相氧化铝粉、纳米气相氧化锆粉、纳米二氧化硅气凝胶粉、纳米氧化铝气凝胶粉和纳米氧化锆气凝胶粉中的一种或多种；所述微米粉料为微米气相氧化铝粉、微米气相二氧化硅粉、微米氧化铝气凝胶粉和微米二氧化硅气凝胶粉中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的一种可塑形的纳米隔热板材，其特征在于，
所述短切纤维为玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或多种；所述填料为氧化锆、硅酸锆、六钛酸钾、碳化硅、氧化钛、炭黑、氧化铁中的一种或多种。
6.一种权利要求3~5任一项所述的纳米隔热板材的制备方法，具体制备步骤如下：
S1：将纳米粉料、微米粉料、填料、短切纤维按照质量比为（60~80）∶（0~10）∶（15~30）∶（5~20）的比例混合均匀制得混合物料；
S2：第一增强体、第二增强体铺设混合物料后压制成型，得第一隔热片、第二隔热片；
S3：依次铺设S2制得的第一隔热片、至少一层第二隔热片、第一隔热片，然后通过树脂胶液将第一隔热片和第二隔热片的边缘相互粘结得到边缘初步密封的层叠体；
S4：将边缘初步密封的层叠体塑形、固化，得到纳米隔热板材。
7.如权利要求6所述的纳米隔热板材的制备方法，其特征在于，
步骤S2中，第一增强体和第二增强体的表面预先做粗糙处理。
8.如权利要求6所述的纳米隔热板材的制备方法，其特征在于，
在第一隔热片与第二隔热片之间或第二隔热片之间设置第三增强体，所述第三增强体为预浸料、纤维布、纤维毡、针刺毡、金属网中的一种或多种。
9.如权利要求6所述的纳米隔热板材的制备方法，其特征在于，
步骤S2中的模压压强为0.2~1.5 MPa；步骤S4中，固化温度为50~150℃，固化时间为2~12h。
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