CN115404085B - 制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用 - Google Patents
制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115404085B CN115404085B CN202211017666.9A CN202211017666A CN115404085B CN 115404085 B CN115404085 B CN 115404085B CN 202211017666 A CN202211017666 A CN 202211017666A CN 115404085 B CN115404085 B CN 115404085B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum
- temperature
- aerogel composite
- groups
- sol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 title claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 49
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 claims description 7
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 6
- WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N tri(butan-2-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-] WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N triethoxy(methyl)silane Chemical compound CCO[Si](C)(OCC)OCC CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 5
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 claims description 4
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 2
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 2
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 101100203596 Caenorhabditis elegans sol-1 gene Proteins 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000002210 supercritical carbon dioxide drying Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004965 Silica aerogel Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K21/00—Fireproofing materials
- C09K21/02—Inorganic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及气凝胶材料领域，公开了一种制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用。该方法包括：(1)将铝溶胶、硅溶胶分别进行低温处理后，得到铝溶胶I和硅溶胶I；(2)在醇溶剂I和催化剂存在下，将所述铝溶胶I、所述硅溶胶I与改性剂进行第一混合，得到凝胶溶液；(3)将纤维材料浸渍于所述凝胶溶液中，得到复合凝胶材料；(4)将所述复合凝胶材料进行压缩后依次进行陈化、干燥，得到防火隔热的气凝胶复合材料。采用本发明提供的制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法具有制备过程简便、可控、易于操作的特点，制备得到的材料具有优良的压缩性能与柔性，压缩率能够达到35％以上，便于运输。
Description
技术领域
本发明涉及气凝胶材料领域，具体地，涉及制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用。
背景技术
气凝胶作为一种新型保温隔热材料，以纳米级胶体粒子构建多孔网状空间结构，具有高孔隙率、耐高温、低热导率等优异特性。
二氧化硅气凝胶常温热导率可低至0.013W/(m·K)，但其不可遮挡高温红外辐射传热，高温热导性高，高温隔热性能较差，使用温度不可超过800℃。
相对而言，氧化铝气凝胶具有更好的耐高温性能，是目前自然气氛下在耐温与隔热方面性能突出优异的气凝胶材料。然而纯氧化铝气凝胶最高使用温度超过1000℃时会产生相变形成α-Al2O3相，使结构收缩，不利于其继续使用。
在氧化铝气凝胶中引入硅元素，形成二元氧化物气凝胶，可提高氧化铝气凝胶的稳定性。但是纯二氧化硅-氧化铝气凝胶力学强度差，在实际应用中受到限制，故需采用纤维或晶须增强作为解决方案。
然而，现有气凝胶复合纤维毡(纸、毯)在高温下长期使用会产生结构坍塌形变，引发热失控。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的前述缺陷，提供一种在1000℃条件下仍然能够兼顾稳定性和隔热性的气凝胶复合材料。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法，该方法包括：
(1)将铝溶胶、硅溶胶分别进行低温处理后，得到铝溶胶I和硅溶胶I；
(2)在醇溶剂I和催化剂存在下，将所述铝溶胶I、所述硅溶胶I与改性剂进行第一混合，得到凝胶溶液；
(3)将纤维材料浸渍于所述凝胶溶液中，得到复合凝胶材料；
(4)将所述复合凝胶材料进行压缩后依次进行陈化、干燥，得到防火隔热的气凝胶复合材料；
其中，所述低温处理的条件包括：温度为-30℃至0℃，时间为60-90min。
本发明的第二方面提供一种由前述第一方面中所述的方法制备得到的防火隔热的气凝胶复合材料。
本发明的第三方面提供前述第二方面中所述的防火隔热的气凝胶复合材料在防火隔热材料中的应用。
本发明相对于现有技术至少具有以下优点：
(1)本发明提供的制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法具有制备过程简便、可控、易于操作的特点，制备得到的材料具有优良的压缩性能与柔性，压缩率能够达到35％以上，便于运输以及适用于各个领域。
(2)本发明提供的制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法能够解决纤维体积密度过大，纤维在基体中分布不均匀导致的低应力破坏，特别是在某些纤维相互接触，使复合材料内部应力分布不均匀的问题。
(3)采用本发明提供的制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法制备得到的材料还具有优异的隔热性能，在常温下(25±2℃)导热系数不高于0.026W/(m·K)，样品厚度为3mm时，热面温度在700℃时，冷面温度低至130℃，温差能够达525℃及以上；同时还具有良好的耐高温性能，置于马弗炉中1000℃热处理2h，材料的收缩率不大于2.2％。
附图说明
图1是本发明提供的实施例1中制备得到的气凝胶复合材料C1放大20000倍的扫描电镜微观形貌图；
图2是本发明提供的实施例1中制备得到的气凝胶复合材料C1放大20000倍的扫描电镜微观形貌图；
图3是本发明提供的实施例1中制备得到的气凝胶复合材料C1放大50000倍的扫描电镜微观形貌图；
图4是本发明提供的实施例3中制备得到的气凝胶复合材料C3的热重分析图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法，该方法包括：
(1)将铝溶胶、硅溶胶分别进行低温处理后，得到铝溶胶I和硅溶胶I；
(2)在醇溶剂I和催化剂存在下，将所述铝溶胶I、所述硅溶胶I与改性剂进行第一混合，得到凝胶溶液；
(3)将纤维材料浸渍于所述凝胶溶液中，得到复合凝胶材料；
(4)将所述复合凝胶材料进行压缩后依次进行陈化、干燥，得到防火隔热的气凝胶复合材料；
其中，所述低温处理的条件包括：温度为-30℃至0℃，时间为60-90min。
本发明的发明人经过研究发现，将铝溶胶、硅溶胶分别进行低温处理后进行混合能够使得硅/铝复合溶胶-凝胶过程在催化剂作用下的时间更加可控，操作便利，制备得到的产品的性能稳定。
优选地，在步骤(2)中，所述硅溶胶I、所述铝溶胶I、所述醇溶剂I、所述改性剂和所述催化剂的用量摩尔比为1：0.2-5：0.1-2：0.05-0.2：0.1-0.6。
优选情况下，在步骤(2)中，所述第一混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的速度为600-800rpm，时间为5-15min，温度为25-35℃。
优选地，在步骤(2)中，所述改性剂选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。
优选地，所述催化剂选自冰醋酸、氨水中的至少一种。
优选情况下，在步骤(2)中，所述纤维材料的密度为110-300kg/m3，厚度为3-8mm。
优选地，所述纤维材料选自氧化铝纤维毡、莫来石纤维毡、陶瓷纤维针刺毡、陶瓷纤维纸、氧化锆纤维纸中的至少一种。
根据一种优选的实施方式，该方法还包括：将铝源与醇溶剂II和水I进行第二混合以制备所述铝溶胶。
优选地，所述铝源、所述醇溶剂II和所述水I的用量摩尔比为1：8-14：0.4-0.8。
优选地，所述铝源选自异丙醇铝、仲丁醇铝、氯化铝中的至少一种。
优选地，所述第二混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的速度为200-400rpm，时间为1-2h，温度为55-75℃。
根据另一种优选的实施方式，该方法还包括：将硅源与醇溶剂III和水II进行第三混合，并将所述第三混合后得到的物料依次进行酸化和水解反应以制备所述硅溶胶。
优选地，所述硅源、所述醇溶剂III、所述水II的用量摩尔比为1：3-10：1-3。
优选情况下，所述醇溶剂I、所述醇溶剂II、所述醇溶剂III各自独立地选自甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种。
优选地，所述硅源选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、酸性硅溶胶中的至少一种。
优选情况下，所述第三混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的速度为200-400rpm，时间为10-30min，温度为25-35℃。
优选地，所述水解反应的条件包括：温度为40-50℃，时间为8-16h。
优选地，所述酸化的操作包括：采用盐酸、硝酸或冰醋酸中的一种将所述第三混合后得到的物料调节至pH值为2.0-3.0。
本发明的发明人发现，将纤维材料浸渍于凝胶溶液中凝胶之后获得的复合凝胶材料进行压缩，能够使得复合凝胶材料的预制件厚度降低、密度增大，同时在压缩过程中，复合凝胶材料中的凝胶含量不变，气凝胶密度随之增加，孔隙率降低，基体强度提高，对纤维束缚增强，传递载荷能力强，力学性能增强。且随着气凝胶密度的增大，孔隙和孔径的降低会减少产生应力集中区域，使得气凝胶复合材料受力更为平均。
根据一种特别优选的实施方式，在步骤(4)中，所述压缩的操作包括：温度为25-35℃，初始压力为1-5MPa，以1MPa为等压差加压至10-15MPa，在每个压力点稳压3-8min，并在最终压力点保压5-10min。本发明人的发明人发现，该优选情况下制得的气凝胶复合材料具有更好的样品应力分布均匀性及环境应用稳定性。
优选地，所述陈化的条件包括：温度为55-75℃，时间为6-16h。
根据另一种特别优选的实施方式，在步骤(4)中，所述干燥的操作包括：将陈化后的复合凝胶材料依次进行超临界干燥处理以及加热处理。本发明的发明人发现，该优选情况下制得的气凝胶复合材料具有更好的隔热性能以及更小的收缩率(耐高温性能)。
优选地，所述超临界干燥处理选自二氧化碳超临界干燥处理、乙醇超临界干燥处理中的一种。
进一步优选地，所述二氧化碳超临界干燥处理的条件包括：温度55-65℃，压力15-18MPa，时间为2-4h；所述乙醇超临界干燥处理的条件包括：250-260℃，压力10-12MPa，时间为6-8h。
优选情况下，所述加热处理的条件包括：温度为200-400℃，时间为1-2h。
如期所述，本发明的第二方面提供了一种由前述第一方面中所述的方法制备得到的防火隔热的气凝胶复合材料。
优选地，所述气凝胶复合材料的密度为320-380kg/m3，25℃导热系数为0.019-0.026W/(m·K)，在1000℃处理2h条件下的收缩率不大于2.2％。
如前所述，本发明的第三方面提供了一种前述第二方面中所述的防火隔热的气凝胶复合材料在防火隔热材料中的应用。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下，所采用的原料均为商购。
需要说明的是，本发明中的室温表示25±2℃。
实施例1
将仲丁醇铝与无水乙醇和去离子水在65℃下以200rpm的转速搅拌1h，静置冷却至室温，取上清液作为铝溶胶1；
其中，仲丁醇铝、无水乙醇和去离子水的用量摩尔比为1：12：0.6；
将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水在25℃下以400rpm的转速搅拌10min，加入浓盐酸调节pH＝2.2，密封条件下在40℃下水解反应16h，得到硅溶胶1；
其中，正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水的用量摩尔比为1：5：1；
将冰醋酸、无水乙醇和去离子水在25℃下以200rpm的转速搅拌10min，得到催化剂1；其中，冰醋酸、无水乙醇和去离子水的用量摩尔比为1：10：0.5；
(1)将铝溶胶1和硅溶胶1分别在-15℃下恒温处理60min，得到铝溶胶I1和硅溶胶I1；
(2)在无水乙醇和催化剂1的存在下，将铝溶胶I1和硅溶胶I1与甲基三乙氧基硅烷在25℃下以600rpm的转速搅拌5min，得到凝胶溶液1；
其中，硅溶胶I1、铝溶胶I1、无水乙醇、甲基三乙氧基硅烷和催化剂1的用量摩尔比为1：3：2：0.2：0.4；
(3)室温下，密封条件下，将纤维材料浸渍于凝胶溶液1中30min，得到复合凝胶材料1；
其中，纤维材料为陶瓷纤维纸，密度为210±10kg/m3，厚度为4±0.5mm；
(4)将复合凝胶材料1进行压缩后依次进行陈化、干燥，得到防火隔热的气凝胶复合材料C1；
其中，压缩的操作包括：将复合凝胶材料1置于真空热压机(型号BD-8820-BL-50T，厂家东莞市宝鼎精密仪器有限公司)中，设置真空热压机的温度为25℃，初始压力为1MPa，以1MPa为等压差加压至10MPa，在每个压力点稳压3min，并在最终压力点保压5min，得到厚度为3mm的复合凝胶材料；
陈化的条件包括：将压缩后的复合凝胶材料1浸渍于无水乙醇中，然后置于65℃烘箱中16h；
干燥的操作包括：采用二氧化碳超临界干燥处理对陈化后的复合凝胶材料1进行干燥，二氧化碳加压至15.5MPa，干燥釜温度设置为65℃，干燥处理2h；然后将材料置于200℃的高温干燥箱中进行加热处理1h。
实施例2
将仲丁醇铝与无水乙醇和去离子水在65℃下以200rpm的转速搅拌1h，静置冷却至室温，取上清液作为铝溶胶1；
其中，仲丁醇铝、无水乙醇和去离子水的用量摩尔比为1：12：0.6；
将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水在30℃下以400rpm的转速搅拌30min，加入浓盐酸调节pH＝2.2，密封条件下在50℃下水解反应12h，得到硅溶胶2；
其中，正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水的用量摩尔比为1：10：1；
将5mol/L的氨水和无水乙醇在25℃下以200rpm的转速搅拌10min，得到催化剂2；其中，氨水和无水乙醇的用量摩尔比为1：0.6；
(1)将铝溶胶1和硅溶胶2分别在-15℃下恒温处理90min，得到铝溶胶I2和硅溶胶I2；
(2)在无水乙醇和催化剂2的存在下，将铝溶胶I2和硅溶胶I2与甲基三乙氧基硅烷在30℃下以800rpm的转速搅拌10min，得到凝胶溶液2；
其中，硅溶胶I2、铝溶胶I2、无水乙醇、甲基三乙氧基硅烷和催化剂2的用量摩尔比为1：1：1：0.2：0.5；
(3)室温下，密封条件下，将纤维材料浸渍于凝胶溶液2中30min，得到复合凝胶材料2；
其中，纤维材料为陶瓷纤维针刺毡，密度为120±10kg/m3，厚度为7±0.5mm；
(4)将复合凝胶材料2进行压缩后依次进行陈化、干燥，得到防火隔热的气凝胶复合材料C2；
其中，压缩的操作包括：将复合凝胶材料2置于真空热压机中，设置真空热压机的温度为35℃，初始压力为5MPa，以1MPa为等压差加压至15MPa，在每个压力点稳压8min，并在最终压力点保压10min，得到厚度为5mm的复合凝胶材料；
陈化的条件包括：将压缩后的复合凝胶材料2浸渍于无水乙醇中，然后置于65℃烘箱中16h；
干燥的操作包括：采用二氧化碳超临界干燥处理对陈化后的复合凝胶材料2进行干燥，二氧化碳加压至15.5MPa，干燥釜温度设置为65℃，干燥处理4h；然后将材料置于200℃的高温干燥箱中进行加热处理1h。
实施例3
本实施例采用与实施例1相似的流程进行，所不同的是：
在步骤(4)中，仅进行超临界干燥处理，不进行加热处理，其余条件均与实施例1中相同，制备得到防火隔热的气凝胶复合材料C3。
实施例4
本实施例采用与实施例1相似的流程进行，所不同的是：
在步骤(4)中，压缩的操作包括：将复合凝胶材料2置于真空热压机中，设置真空热压机的温度为35℃，初始压力为1MPa，以3MPa为等压差加压至19MPa，在每个压力点稳压5min，并在最终压力点保压15min，得到厚度为3mm的复合凝胶材料，
其余条件均与实施例1中相同，制备得到防火隔热的气凝胶复合材料C4。
实施例5
本实施例采用与实施例1相似的流程进行，所不同的是：
在步骤(1)中，铝溶胶和硅溶胶低温处理的温度为-30℃，其余条件均与实施例1相同，制备得到防火隔热的气凝胶复合材料C5。
对比例1
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，所不同的是：
在步骤(1)中，铝溶胶和硅溶胶均不进行低温处理，其余条件均与实施例1相同，制备得到防火隔热的气凝胶复合材料DC1。
对比例2
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，所不同的是：
在步骤(1)中，铝溶胶和硅溶胶低温处理的温度为10℃，其余条件均与实施例1相同，制备得到防火隔热的气凝胶复合材料DC2。
对比例3
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，所不同的是：
在步骤(3)中，将纤维材料按照步骤(4)中的压缩操作进行压缩后浸渍于凝胶溶液1中，得到复合凝胶材料2；并将复合凝胶材料2依次进行陈化、干燥，
其余条件均与实施例1相同，制备得到防火隔热的气凝胶复合材料DC3。
对比例4
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，所不同的是：
在步骤(4)中，复合凝胶材料1不进行压缩操作，其余条件均与实施例1相同，制备得到防火隔热的气凝胶复合材料DC4。
测试例
将实施例和对比例中制备得到的防火隔热的气凝胶复合材料进行以下性能测试，具体测试结果见表1。
(1)密度：采用刻度钢尺量取样品长度L1(mm)，宽L2(mm)，数显测厚规(百分款，0-25mm)测量样品厚度L3(mm)，计算样品体积V，单位为cm3；采用天平称取样品质量m，单位为g；计算样品密度ρ，单位为g/cm3；
其中，V＝L1*L2*L3/1000，ρ＝m/V。
(2)导热系数：采用导热系数测试仪(湘潭仪器，型号DRPL-111)对样品的常温导热系数进行测试，单位为W/(m·K)。
(3)压缩性能：采用微机控制电子万能试验机(深圳万刚，型号ETM304C)对样品的压缩性能进行2MPa压力下的测试，单位为％。
(4)收缩率：采用刻度钢尺量取样品尺寸，记体积V1，将样品置于1000℃马弗炉中灼烧2h，测量其体积记V2；
收缩率S＝(V1-V2)/V1*100％。
(5)热稳定性能：采用同步热分析仪(德国TA仪器公司，型号SDT650)对样品进行热性能分析。
表1
| 材料 | 密度(kg/m3) | 导热系数(W/(m·K)) | 压缩率(％) | 收缩率(％) | 热面温度/温差(℃) |
| C1 | 340±10 | 0.019 | 40 | 0.8 | 700/570 |
| C2 | 380±10 | 0.021 | 38 | 1.2 | 700/565 |
| C3 | 340±10 | 0.021 | 40 | 0.8 | 700/545 |
| C4 | 340±10 | 0.026 | 40 | 2.2 | 700/525 |
| C5 | 340±10 | 0.019 | 40 | 0.9 | 700/558 |
| DC1 | 340±10 | 0.028 | 40 | 4.6 | 700/495 |
| DC2 | 340±10 | 0.024 | 40 | 1.4 | 700/510 |
| DC3 | 280±10 | 0.034 | 28 | 3.8 | 700/497 |
| DC4 | 300±10 | 0.018 | 56 | 4.0 | 700/510 |
通过表1的结果可以看出，采用本发明提供的方法制备得到的防火隔热的气凝胶复合材料具有优良的压缩性能、耐高温性能、隔热性能。
本发明提供的气凝胶复合材料C1、气凝胶复合材料C2、气凝胶复合材料C3、气凝胶复合材料C4、气凝胶复合材料C5的扫描电镜微观形貌图类似，示例性地，本发明提供气凝胶复合材料C1的扫描电镜微观形貌图。图1、图2和图3均为气凝胶复合材料C1的扫描电镜微观形貌图。
从图1、图2和图3中可以看出，气凝胶填充在陶瓷纤维骨架中，与纤维丝紧密相连，纤维毡作为骨架，起到支撑与定型的作用。气凝胶多孔结构清晰可见，颗粒大小和孔洞分布均匀，相互交联形成典型的三维网络空间结构，且结构之间存在一定空隙，使复合材料内部具有丰富的纳米孔道结构，从而显著降低复合材料的气态热传导。
本发明提供的气凝胶复合材料C1、气凝胶复合材料C2、气凝胶复合材料C3、气凝胶复合材料C4、气凝胶复合材料C5的热重分析图类似，示例性地，本发明提供气凝胶复合材料C3的热重分析图。图4为气凝胶复合材料C3的热重分析图。
从图4中可以看出，在升温初始阶段，有5.11％的重量损失，这是样品在干燥后，由于未经烘箱处理，有乙醇残留，在有了一定温度后挥发失重。在268-286℃之间，产生了第二阶段明显的重量损失，是因为使用的陶瓷纤维纸材料中的胶粘剂含有一定的丙烯酸树脂，在此段温度下发生了分解。在高温段从500-1000℃，总质量损失在2.11％，在此温度范围内，热量损失非常小，表明本发明提供的复合材料具有良好的热稳定性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法，其特征在于，该方法包括：
（1）将铝溶胶、硅溶胶分别进行低温处理后，得到铝溶胶I和硅溶胶I；
（2）在醇溶剂I和催化剂存在下，将所述铝溶胶I、所述硅溶胶I与改性剂进行第一混合，得到凝胶溶液；
（3）将纤维材料浸渍于所述凝胶溶液中，得到复合凝胶材料；
（4）将所述复合凝胶材料进行压缩后依次进行陈化、干燥，得到防火隔热的气凝胶复合材料；
其中，所述低温处理的条件包括：温度为-30℃至0℃，时间为60-90min；
所述压缩的操作包括：温度为25-35℃，初始压力为1-5MPa，以1MPa为等压差加压至10-15MPa，在每个压力点稳压3-8min，并在最终压力点保压5-10min。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述硅溶胶I、所述铝溶胶I、所述醇溶剂I、所述改性剂和所述催化剂的用量摩尔比为1：0.2-5：0.1-2：0.05-0.2：0.1-0.6。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述第一混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的速度为600-800rpm，时间为5-15min，温度为25-35℃。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述改性剂选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的至少一种；和/或，
所述催化剂选自冰醋酸、氨水中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤（3）中，所述纤维材料的密度为110-300kg/m3，厚度为3-8mm；和/或，
所述纤维材料选自氧化铝纤维毡、莫来石纤维毡、陶瓷纤维针刺毡、陶瓷纤维纸、氧化锆纤维纸中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法还包括：将铝源与醇溶剂II和水I进行第二混合以制备所述铝溶胶。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述铝源、所述醇溶剂II和所述水I的用量摩尔比为1：8-14：0.4-0.8；和/或，
所述铝源选自异丙醇铝、仲丁醇铝、氯化铝中的至少一种；和/或，
所述第二混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的速度为200-400rpm，时间为1-2h，温度为55-75℃。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法还包括：将硅源与醇溶剂III和水II进行第三混合，并将所述第三混合后得到的物料依次进行酸化和水解反应以制备所述硅溶胶。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述硅源、所述醇溶剂III、所述水II的用量摩尔比为1：3-10：1-3；和/或，
所述硅源选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、酸性硅溶胶中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第三混合的条件包括：在搅拌条件下进行，且搅拌的速度为200-400rpm，时间为10-30min，温度为25-35℃；和/或，
所述水解反应的条件包括：温度为40-50℃，时间为8-16h。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤（4）中，所述陈化的条件包括：温度为55-75℃，时间为6-16h。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤（4）中，所述干燥的操作包括：将陈化后的复合凝胶材料依次进行超临界干燥处理以及加热处理。
13.由权利要求1-12中任意一项所述的方法制备得到的防火隔热的气凝胶复合材料。
14.根据权利要求13所述的气凝胶复合材料，其中，所述气凝胶复合材料的密度为320-380kg/m3，25℃导热系数为0.019-0.026W/（m·K），在1000℃处理2h条件下的收缩率不大于2.2%。
15.权利要求13或14中所述的气凝胶复合材料在防火隔热材料中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211017666.9A CN115404085B (zh) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211017666.9A CN115404085B (zh) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115404085A CN115404085A (zh) | 2022-11-29 |
| CN115404085B true CN115404085B (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=84162136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211017666.9A Active CN115404085B (zh) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115404085B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05345380A (ja) * | 1992-06-16 | 1993-12-27 | Japan Vilene Co Ltd | 断熱性材料 |
| CN101353567A (zh) * | 2007-07-24 | 2009-01-28 | 成都思摩纳米技术有限公司 | 一种保温隔热阻燃材料 |
| CN101698592A (zh) * | 2009-11-13 | 2010-04-28 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种硅铝气凝胶复合材料及其制备方法 |
| CN101955350A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-01-26 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种改性氧化铝气凝胶复合材料及其制备方法 |
| CN103435320A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-11 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种高性能气凝胶复合材料及其制备方法和设备 |
| CN108455997A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-28 | 爱彼爱和新材料有限公司 | 一种Al2O3-SiO2体系高性能纳米多孔绝热材料及制备方法 |
| CN109095883A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-28 | 上海颐凝新材料科技有限公司 | 一种纤维增强氧化铝-氧化硅二元气凝胶复合材料及其制备方法 |
| CN110563438A (zh) * | 2019-10-10 | 2019-12-13 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种疏水铝硅气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN110627475A (zh) * | 2019-10-10 | 2019-12-31 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN111233427A (zh) * | 2018-11-29 | 2020-06-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种复合原生气凝胶绝热材料及制备方法 |
-
2022
- 2022-08-23 CN CN202211017666.9A patent/CN115404085B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05345380A (ja) * | 1992-06-16 | 1993-12-27 | Japan Vilene Co Ltd | 断熱性材料 |
| CN101353567A (zh) * | 2007-07-24 | 2009-01-28 | 成都思摩纳米技术有限公司 | 一种保温隔热阻燃材料 |
| CN101698592A (zh) * | 2009-11-13 | 2010-04-28 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种硅铝气凝胶复合材料及其制备方法 |
| CN101955350A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-01-26 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种改性氧化铝气凝胶复合材料及其制备方法 |
| CN103435320A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-11 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种高性能气凝胶复合材料及其制备方法和设备 |
| CN108455997A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-28 | 爱彼爱和新材料有限公司 | 一种Al2O3-SiO2体系高性能纳米多孔绝热材料及制备方法 |
| CN109095883A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-28 | 上海颐凝新材料科技有限公司 | 一种纤维增强氧化铝-氧化硅二元气凝胶复合材料及其制备方法 |
| CN111233427A (zh) * | 2018-11-29 | 2020-06-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种复合原生气凝胶绝热材料及制备方法 |
| CN110563438A (zh) * | 2019-10-10 | 2019-12-13 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种疏水铝硅气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN110627475A (zh) * | 2019-10-10 | 2019-12-31 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 耐高温透波气凝胶复合材料性能;张丽娟等;宇航材料工艺(第04期);47-53 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115404085A (zh) | 2022-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105967728B (zh) | 一种纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶高效隔热复合材料及其制备方法 | |
| CN106189066B (zh) | 一种酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料及其制备方法 | |
| CN103922778B (zh) | 三维氧化铝纤维织物增强氧化物陶瓷及其制备方法 | |
| CN109384459B (zh) | 一种纤维增强二氧化硅隔热陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN111675826B (zh) | 一种提高酚醛气凝胶复合材料抗氧化性能的方法及由此制得的改性酚醛气凝胶复合材料 | |
| CN105600785B (zh) | 一种碳化硅气凝胶的制备方法 | |
| CN106946579A (zh) | 耐1500℃轻质刚性陶瓷纤维隔热瓦的制备方法 | |
| CN101913835A (zh) | 一种泡沫陶瓷增强纤维气凝胶隔热材料及其制备方法 | |
| CN101698592A (zh) | 一种硅铝气凝胶复合材料及其制备方法 | |
| CN108774072B (zh) | 一种刚性隔热瓦及其制备方法 | |
| CN109437816A (zh) | 一种铝硅气凝胶复合板的制备方法 | |
| CN109251005B (zh) | 一种增强二氧化硅气凝胶材料的制备方法 | |
| CN111454071B (zh) | 岩棉纤维增强氧化硅基高强度隔热复合材料及其制备方法 | |
| CN112920449B (zh) | 一种具有极低收缩率的低密高强酚醛树脂气凝胶常压干燥制备方法 | |
| CN113072797A (zh) | 环氧树脂基复合材料及其制备方法 | |
| CN115404085B (zh) | 制备防火隔热的气凝胶复合材料的方法、防火隔热的气凝胶复合材料及其应用 | |
| CN114956820A (zh) | 一种稀土复合氧化物多孔高熵陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN107043224A (zh) | 一种泡沫玻璃‑SiO2气凝胶的制备方法 | |
| CN114715896B (zh) | 碳化硅纳米管气凝胶的制备方法 | |
| CN114751761A (zh) | 基于电纺法轻质承载纳米陶瓷气凝胶及其制备方法 | |
| CN109437830A (zh) | 一种耐高温透波隔热瓦及其制备方法 | |
| JPWO2017220727A5 (zh) | ||
| RU2412134C1 (ru) | Способ получения керамического композиционного изделия | |
| CN110407215A (zh) | 一种气凝胶材料隔热复合板及其制备方法 | |
| CN112142057B (zh) | 一种气凝胶及其基于恒温恒湿干燥的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |