CN115583841A - 一种纤维增强多孔隔热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纤维增强多孔隔热材料，所述纤维增强多孔隔热材料采用干压法制备而成，且所述纤维增强隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维。本发明所述纤维增强多孔隔热材料，首次采用纤维素纳米纤维作为成型增强剂，在未添加其他粘结剂的情况下成功制备出了大尺寸纤维增强多孔隔热材料胚体，胚体表面没有开裂、缺角等情况发生，且最高使用温度最高可以达到1500℃，有效提高了纤维增强多孔隔热材料的综合性能。同时，本发明还公开了一种干压法制备纤维增强多孔隔热材料的方法，所述方法不需干燥，不仅制备速度快，而且生产成本低，大大缩短了生产流程，易于大规模生产。

Description

一种纤维增强多孔隔热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强多孔隔热材料及其制备方法，尤其是一种采用干压成型法制备而成的纤维增强多孔隔热材料及其制备方法，属于隔热材料及环保领域。

背景技术

目前我国的能源消耗大户包括钢铁、有色金属、建材(水泥)、石化化工等行业，以钢铁行业为例，我国的吨钢综合能耗为552.96千克标准煤，距离国际先进国家(英、日、法、德)的平均吨钢综合能耗488千克标准煤相比，还有很大差距。究其原因，主要是因为我国的耐火隔热材料，在种类和品质上还有所欠缺。

具体来说，钢铁行业对于耐火材料的使用温度一般都要求在1300℃以上。目前行业内使用的黏土砖一般都可以满足使用温度的要求，品质好的黏土砖可以用在1500℃的场合。但是像铝砖，800℃下的热导率一般都超过了2.0W/mK，无法满足节能减排的目标。另一方面，气凝胶材料一般都具有相对较低的热导率，像二氧化硅气凝胶材料，在600℃下的热导率一般只有0.03W/mK。但是气凝胶材料的最高使用温度较低，二氧化硅气凝胶材料最高使用温度只有650℃，二氧化铝气凝胶隔热材料的最高使用温度也没有超过1300℃(CN113683110A)。

为了提高气凝胶材料的最高使用温度，一般常用的方法是在气凝胶材料当中加入耐火纤维，可以有效降低气凝胶材料在高温下的热收缩率，提高使用温度。专利CN111138161A在二氧化硅气凝胶当中加入了耐火纤维，使气凝胶隔热材料的最高使用温度提高到了1000℃。但是该方法使用的是湿法成型，成型体需要在中低温下缓慢干燥超过10小时，在干燥过程中极易产生开裂，影响成品率，所以不适合大规模生产。专利CN109336545A也在二氧化硅气凝胶当中添加了耐火纤维，但是生产过程需经过溶胶-凝胶、老化、溶剂置换、干燥等步骤，整体制备工艺复杂，制备时间需要数日，不适合大规模推广。专利 CN109081673A也是用同样复杂的溶胶凝胶-超临界干燥法制备出了纤维增强二氧化铝气凝胶隔热材料，使该二氧化铝气凝胶隔热材料的使用温度达到了 1200℃。为了解决纤维增强氧化铝气凝胶隔热材料湿法制备时出现开裂的问题，专利CN109369129A在液相混合原料时加入了作为无机结合剂的石膏或铝酸钙水泥，一定程度上解决了干燥开裂的问题，但是石膏或者铝酸钙水泥的耐火度远没有氧化铝气凝胶高，在一定程度上会降低氧化铝气凝胶隔热材料的最高使用温度。

由上述内容可知，气凝胶隔热材料在干燥或者超临界干燥时主要存在两个问题：第一、在干燥时产生开裂，影响成品率；第二、干燥或者超临界干燥，不但需要购置专门的、昂贵的干燥设备，而且在干燥时还要消耗大量的能量和时间，不利于节能减排和大规模生产。为了彻底解决上述问题，如果能用干压等方法在不使用水或者有机溶剂的情况下制备出气凝胶隔热材料或者性能类似的耐火隔热材料，具有十分重要的意义。

目前，国内外学者进行了大量的相关研究，但是干压法也存在一定的问题，最主要问题是干压时成型体的密度范围的确定。如果压制时的密度偏低，则成型体的强度不足，容易在脱模或者转运时出现破损，影响成品率；如果压制时的密度偏高，则会增加固体热传导，直接影响耐火隔热材料的热导率。为了解决成型体强度不足容易产生破损的问题，专利CN112341227A将混合好的纳米莫来石、遮光剂和陶瓷纤维进行压制，然后压制好的成型体连同模具一起置于热压炉中进行烧结，最终得到纳米隔热材料。该方法虽然可以解决成型体强度不足的问题，但是在生产的时候需要大量的耐高温耐高压的模具，生产成本非常高。专利CN110655379A把纳米二氧化硅、膨胀珍珠粉、耐火纤维和红外遮光剂的混合物利用干压法制备出了纳米复合隔热材料。该专利为了提高成型体的强度，在压制成型前在混合物中加入了无机结合剂硅溶胶或水玻璃。但是硅溶胶和水玻璃当中都含有钠离子，而钠离子可以有效降低材料的结晶温度，使材料在低温下就可以产生大比率收缩，使得该专利的最高使用温度降低到了 500℃，比普通二氧化硅气凝胶还要低。专利CN110256035A也是在二氧化硅纳米隔热板当中加入了水玻璃、硅溶胶、铝溶胶或聚乙烯醇等高温粘结剂来增加强度。并且由于加入的高温粘结剂的量相对较大，所以还需要进行强制干燥来去除水分，失去了干压法制备隔热材料的意义。另外还有专利CN102838342A 和专利CN108314413A将干压制好的纤维增强二氧化硅隔热材料在蒸汽中进行养护，从而来增加成型体的强度。但是这两个专利的蒸汽养护的时间都超过了8 小时，而且蒸汽养护还需要消耗大量的能量，不利于节能减排。

综上，为了达到节能减排的目的，目前的低热导率材料存在以下四个问题：第一、纤维增强气凝胶材料的热导率虽然较低，有利于节能减排，但是目前主要的生产方式为湿法成型，不但会用到昂贵的超临界的干燥设备，而且干燥过程中还会消耗大量能源，不利于保护环境；第二、目前用干压法制备出的气凝胶隔热材料、纳米隔热材料等，为了使成型后的材料不开裂，一般都加入了结合剂，或者用蒸汽养护的方法来提高胚体强度，这样不但会因为结合剂的加入引入杂质，降低隔热材料的最高使用温度，而且还会因为蒸汽养护消耗大量能量，不利于节能减排；第三、隔热材料在干压过程中如果不使用结合剂，则会在胚体密度低的情况下强度不足产生开裂，或胚体密度高的情况下固态热传导的增加引起热导率偏高，影响性能；第四、目前的纤维增强气凝胶隔热材料或者纳米隔热材料的最高使用温度普遍没有超过1300℃，严重影响了隔热材料的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种采用干压成型法制备得到的最高使用温度较高、热导率较低、尺寸较大的纤维增强多孔隔热材料。同时，本发明还提供了一种人工和材料成本较低的所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种纤维增强多孔隔热材料，所述纤维增强多孔隔热材料采用干粉压缩成型法制备而成，且所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的 30～85％；

所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的 10～50％；

所述红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的 5～40％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的1～20％。

普通纤维素和结晶纤维素(MCC)一般是从纤维性植物中提取的α纤维素经过解聚反应精制而成，直径属于微米级，多用来加入到纸浆、陶瓷造粒、医药片剂丸剂等当中来增加其强度。而近些年逐渐产业化的纤维素纳米纤维(CNF)，是指直径为几纳米到几十纳米，长度为微米级的纤维素产品。由于尺寸上属于纳米级，使得同样尺寸的纤维素纳米纤维的重量只有钢铁的五分之一，但是强度却达到了钢铁的五倍，只需要少量添加，就可以使纤维增强多孔隔热材料的成型胚体强度得到大幅增强。而且，由于纤维素纳米纤维自身重量轻，又属于纳米级材料，从外观上看和气凝胶和气相氧化物一样都有着蓬松的状态，使得在纤维增强多孔隔热材料的原料中加入纤维素纳米纤维后，安息角变小，流动性得到改善，有利于纤维增强多孔隔热材料的成型性。

本申请发明人在研究中发现，纤维素纳米纤维的加热线膨胀率只有碱性玻璃的五十分之一左右，几乎接近于零，所以在加热除去纤维素纳米纤维的过程中不会因为其自身的膨胀而使得纤维增强多孔隔热材料的气孔变得比纤维素纳米纤维自身尺寸还要大。因此，本申请中，通过在所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料中添加胚体增强剂纤维素纳米纤维，不仅能够有效提高制备所得纤维增强多孔隔热材料的强度，而且在制备过程中后期退火的时候可以完全分解，不影响制备所得纤维增强隔热材料的各项性能。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维素纳米纤维的平均直径小于等于100nm，长度小于等于3μm。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维素纳米纤维的平均直径小于等于50nm，长度为1～3μm。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的更优选实施方式，所述纤维素纳米纤维的平均直径小于等于20nm，长度为2～3μm。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5～15％。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的更优选实施方式，所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10～15％。

根据本申请发明人的研究可知，当纤维素纳米纤维的平均直径小于100nm，长度小于3μm，添加量小于可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂总质量20％的时候，纤维增强多孔隔热材料的真气孔平均直径小于50nm(空气分子平均自由程)。当纤维素纳米纤维的直径越小，长度越长，添加量越多的时候，成型后胚体的抗弯折强度越高。所以，为了保证纤维增强多孔隔热材料的真气孔平均直径小于50nm，并且成型后的胚体有足够强度，添加的纤维素纳米纤维的平均直径优选为小于等于50nm，长度优选为1～3μm，添加量优选为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5％～15％。更进一步，添加的纤维素纳米纤维的平均直径优选为小于等于20nm，长度优选为2～3μm，添加量优选为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10％～15％。

本申请发明人通过TG-DTA的结果发现，纤维素纳米纤维在完全燃烧后，残留物的重量几乎为零。这说明纤维素纳米纤维的添加在提高纤维增强多孔隔热材料胚体强度的同时不会带来额外的物质污染样品。并且，纤维增强多孔隔热材料胚体的堆积密度越高，强度也越高。但是过高的堆积密度会增加固态热传导，并且胚体在高温下退火，会伴随着体积的收缩，这会进一步提高纤维增强多孔隔热材料的堆积密度，影响纤维增强隔热材料的热导率。而纤维素纳米纤维的添加和烧蚀可以有效抵消退火过程中产生的体积收缩带来的对堆积密度的影响。根据本发明人研究，当纤维素纳米纤维的添加量大于可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10％的时候，退火后纤维增强多孔隔热材料的堆积密度会小于成型后胚体的堆积密度，这样既保证了成型后的胚体强度(高堆积密度)，又保证了退火后的纤维增强多孔隔热材料的低热导率(低堆积密度)，一举两得。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述可压缩粉体为气凝胶粉体、气相氧化物粉体、可压缩滑石中的至少一种；

所述气凝胶粉体包括氧化硅气凝胶粉体、氧化铝气凝胶粉体中的至少一种；

所述气相氧化物粉体包括气相氧化硅粉体、气相氧化铝粉体中的至少一种。

本发明所述可压缩粉体，大都属于纳米级材料，所以具有很大的比表面积，可以轻松的附着在其他材料上，这样镶嵌在其原料之间时，既可以充当分散剂，又可以使混合后的原料体积变大，让混合后的原料直接干压成型成为可能。另外，由于可压缩粉体的纳米尺寸属性，使得其形成的气孔孔径都小于空气气体分子平均自由程的50nm～70nm，把因空气对流产生的热传导降到了最低。在纤维增强多孔隔热材料当中，可压缩粉体的添加量越多，压缩成型后的胚体的密度越小，有利的方面是固体热传导越小，纤维增强多孔隔热材料的热导率较低；不利的方面是因密度较小，胚体强度不足，没有足够的手持性，容易产生破裂。如果可压缩粉体添加不足，虽然可以从一方面提高胚体强度，但是会快速提高纤维增强多孔隔热材料的热导率，降低隔热性能。所以，经过本申请发明人的反复试验摸索，发现可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的30～85％为宜。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的40～70％。本申请发明人发现，当所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的40～70％时，能够更好地兼顾配体强度和材料的热导率等性能。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，为保障制备所得纤维增强隔热材料的性能，本申请中所述的可压缩粉体的比表面积大于10m²/g。

另外，对于不同种类的可压缩粉体，压缩比的顺序为气凝胶粉体大于气相氧化物粉体大于可压缩滑石。在同样添加量的情况下，用气凝胶粉体成型后胚体的密度最小，而可压缩滑石最大。而对于同样的气凝胶粉体，用二氧化硅气凝胶粉体成型后的胚体的密度小于用二氧化铝气凝胶粉体成型后的胚体。另外，对于最高使用温度而言，气凝胶粉体、气相氧化物粉体和可压缩滑石粉体都属于非结晶粉体。而二氧化硅、二氧化铝、滑石的结晶温度是有区别的。其中二氧化硅和滑石的结晶温度一般都小于1000℃，而二氧化铝的结晶温度一般都超过了1500℃。一旦达到该材料的结晶温度，就会伴随着剧烈的体积收缩和变形，意味着该隔热材料寿命的终结。所以如果纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度需要超过1000℃，就要严格控制二氧化硅气凝胶、气相二氧化硅、可压缩滑石的占比。

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料中，耐火纤维的适量添加可以有效提高纤维增强多孔隔热材料的胚体强度。如果添加量偏少，则纤维增强多孔材料成型体的强度偏小，没有足够的手持性，在转运的时候容易产生破损。专利CN108017368A中所述耐火纤维的使用量最高只有10％，导致不论是成型后的胚体还是烧结后的成品，都没有足够的强度来应付加工、包装、运输时候的需求。但是过量添加有两个缺点：第一、挤占可压缩粉体的添加量，无形当中会增加纤维增强多孔隔热材料的堆积密度，影响多孔隔热材料的热导率；第二、耐火纤维的成型体(纤维毡、纤维毯、纤维板)虽然也被大量用来作为低热导率的耐火隔热材料，但是和多孔隔热材料相比，纤维制品的热导率要比气凝胶隔热材料高一到两个数量级。这主要是因为热量会通过纤维这个固体“通道”向外延伸，如果纤维过多，纤维之间相互交接，就会形成从热面到冷面的热量传递微通道，这便增加了多孔隔热材料当中的固态热传导，提高了隔热材料的热导率。所以，本申请发明人经过反复试验摸索发现，耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂总重量的10％～50％为宜。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总重量的20～30％。本申请发明人发现，当所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总重量的20～30％时，能够更好平衡制备所得纤维增强多孔隔热材料的抗弯折强度、热导率、热膨胀系数，使得制备所得纤维增强多孔隔热材料的综合性能更好。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述耐火纤维为玻璃纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氧化硅纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维中的至少一种；所述耐火纤维的直径小于等于20μm，所述耐火纤维的长度为1～50mm。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述耐火纤维为炉渣含量小于10％的耐火纤维。作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的更优选实施方式，所述耐火纤维为炉渣含量小于1％的耐火纤维。在耐火纤维制备的过程当中，一般都会有相当比例的炉渣。这种炉渣既不能提高隔热材料的强度，又不能降低隔热材料的热导率和热膨胀系数，所以所述耐火纤维的炉渣含量越小越好。

本发明所述纤维增强多孔隔热材料，其制备原料中，所述红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5～40％。本申请发明人在试验过程中发现，如果红外遮光剂的添加量低于可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5％，则很难起到对红外线的反射和散射的作用，对降低气凝胶隔热材料的热导率产生不利影响。但是，红外遮光剂的添加量并不是越多越好。一般红外遮光剂的热导率都非常高，如果添加量过高，势必增加气凝胶粉体因固体热传导的热导率。本申请发明人通过试验研究发现，所述红外遮光剂的添加量以不超过可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的40％为宜。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10～25％。作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的更优选实施方式，所述红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10～20％。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述红外遮光剂为氧化钛粉体、碳化硅粉体、氧化锆粉体、硅酸锆粉体、六钛酸钾粉体、氧化铁粉体中的至少一种；所述红外遮光剂的中心粒径D50小于等于100μm。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，为保障本发明所述纤维增强多孔隔热材料的纯度等性能，本发明所述可压缩粉体、红外遮光剂的纯度均大于99％。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维增强多孔隔热材料的堆积密度为200～600kg/m³。本申请发明人发现，所述纤维增强多孔隔热材料的堆积密度与其抗弯折强度、热导率有关，如果纤维增强多孔隔热材料的堆积密度小于200kg/m³，则很难保证纤维增强多孔隔热材料的抗弯折强度，在加工和使用的时候容易产生破损；相反，如果所述纤维增强多孔隔热材料的堆积密度大于600kg/m³，则会因为密度的提升挤占气凝胶隔热材料内部的气孔率，导致固态传导的提升，影响隔热材料的热导率。因此，本发明所述纤维增强多孔隔热材料的堆积密度选择200～600kg/m³为宜。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维增强多孔隔热材料的堆积密度为250～450kg/m³。作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的更优选实施方式，所述纤维增强多孔隔热材料的堆积密度为250～350kg/m³。当所述纤维增强多孔隔热材料选择所述范围时，能够更好平衡所述纤维增强多孔隔热材料的抗弯折强度和热导率。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维增强多孔隔热材料的抗弯折强度大于0.1MPa。如果所述纤维增强多孔隔热材料的抗弯折强度小于0.1MPa，则很难保证纤维增强多孔隔热材料的整体强度，在搬运、安装和使用的时候可能产生破损，影响使用。影响抗弯折强度的因素主要是隔热材料的堆积密度和耐火纤维的添加量。在相同组成的条件下，隔热材料堆积密度越大，抗弯折强度越大；在堆积密度相同的条件下，耐火纤维占比越大，隔热材料的抗弯折强度越大。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度大于等于800℃。

本发明中，所述最高使用温度的定义为：在所定温度下保持24小时，如果线收缩率小于2％，则可认为该组成的隔热材料可以在所定温度下工作，也就是该组成隔热材料的最高使用温度。相反，如果该组成隔热材料在所定温度下的线收缩率超过了2％，则需要取另外的样品在更低的温度下进行测试，直到在测试温度下24小时保持后的线收缩率小于2％，则可确定其最高使用温度。

根据本申请发明人的研究结果认为，纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度主要跟两方面因素有关：第一、可压缩粉体的材质以及在多孔隔热材料中的占比；第二、耐火纤维的材质、含量、直径、炉渣含有率。本发明中所述可压缩粉体为气凝胶粉体、气相氧化物粉体、可压缩滑石中的至少一种。其中气凝胶粉体包括氧化硅气凝胶粉体、氧化铝气凝胶粉体中的至少一种；气相氧化物粉体包括气相氧化硅粉体、气相氧化铝粉体中的至少一种。由于二氧化铝的结晶温度比二氧化硅高，所以在纤维增强多孔隔热材料的可压缩粉体的组成中，如果二氧化铝气凝胶粉体或气相二氧化铝的占比高，则该组份的纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度越高。另外，作为可压缩粉体的可压缩滑石，在煅烧温度超过900℃的情况下会形成顽火辉石和镁橄榄石等矿物质，从而使产生大量体积收缩，所以可压缩滑石的耐火度和二氧化硅气凝胶、气相二氧化硅在同一水平。根据本发明人的研究结果可知，当二氧化硅气凝胶、气相二氧化硅或可压缩滑石在可压缩粉体当中的占比达到100％，并且耐火纤维的添加量为1％时，纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度为800℃；当二氧化铝气凝胶粉体和/或气相二氧化铝在可压缩粉体当中的占比达到100％，并且耐火纤维的添加量为10％时，纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度达到了1200℃。关于耐火纤维，最重要的是耐火纤维的材质。每种纤维自身的耐火温度不同，导致其在相同温度下的热致收缩率不尽相同。像玻璃纤维、氧化硅纤维的热致收缩率就比较高，氧化铝纤维、氧化锆纤维的热致收缩率就比较小。纤维本身的热致收缩率小，用其制备出的纤维增强多孔隔热材料的收缩率就相对较小。另一方面，耐火纤维的含量也至关重要。根据本申请发明人的研究，在不含任何纤维的情况下，二氧化硅气凝胶或气相二氧化硅或可压缩滑石在可压缩粉体当中的占比100％的多孔隔热材料的最高使用温度为700℃。由上述研究可知，当二氧化硅气凝胶、气相二氧化硅或可压缩滑石在可压缩粉体当中的占比达到100％，并且耐火纤维的添加量为10％时，纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度为800℃，最高使用温度提高了100℃。不论添加哪一种耐火纤维材料进入到隔热材料当中，都会改善隔热材料的热致收缩率，提高隔热材料的最高使用温度。而耐火纤维在隔热材料当中的占比越多，则隔热材料相应的最高使用温度越高。另外，耐火纤维的直径也是重要的参数。耐火纤维直径越小，在同等添加量的情况下，耐火纤维的长度越长，可以更加有效地减小隔热材料的热致收缩。还有炉渣含有率，炉渣含量越低，同重量下的纤维占比越高，则可以更加有效地阻碍热致收缩。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的优选实施方式，所述纤维增强多孔隔热材料在800℃时的热导率小于0.1W/mK。纤维增强多孔隔热材料的热导率，主要跟堆积密度、耐火纤维含量、可压缩粉体含量和红外遮光剂含量有关。堆积密度：在相同组分下，堆积密度越小，热导率越低。耐火纤维含量：在其他条件都相同的情况下，耐火纤维含量越低，热导率越低。可压缩粉体含量和红外遮光剂含量：可压缩粉体含量和红外遮光剂含量虽然成反比，但是各自都有一个相对优选的范围。例如红外遮光剂，如果少于10％则不能起到有效阻碍红外热损失的作用，如果超过50％，则因为其固态热传导过大影响热导率。而对于可压缩粉体来说，如果可压缩粉体含量过少，会影响堆积密度，导致堆积密度过大，气孔率过小，固态热传导增大，对热导率产生不利影响。而可压缩粉体含量过多，则会挤压红外遮光剂、耐火纤维的含量，不但影响热导率，还会影响抗弯折强度。

另外，本发明还提供了一种人工和材料成本较低的所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法，所述方法为干压成型法，所述方法包括以下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为10～3000kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在350～500℃下保温1～3小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到800～1500℃进行烧结，即得纤维增强多孔隔热材料。

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法，为干压成型法，所述方法步骤简单，不添加任何粘结剂，也无需添加水和其他液体，因此在无需干燥的情况下即可制备得到大尺寸、高强度纤维增强多孔隔热材料。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中混合的方法包括高速搅拌或球磨搅拌；当所述混合方法采用高速搅拌时，搅拌时间一般不低于5分钟；当所述混合方法采用球磨搅拌时，搅拌时间一般不低于1小时。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，压制成型的时间不小于1分钟。当所述压制成型的保压时间不小于1分钟时，能够更好保证压制所得素坯的强度。

作为本发明所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中烧结时间一般不低于1小时。所述步骤(3)中，烧结温度一般是根据可压缩粉体和耐火纤维的材质、添加量等选择，而所述烧结时间一般根据纤维增强多孔隔热材料的厚度决定，但是通常烧结时间不低于1小时。

本发明所述纤维增强多孔隔热材料，通过在制备原料中添加纤维素纳米纤维作为胚体增强剂，能够有效提高胚体的强度，而且在制备过程中后期退火的时候，所述纤维素纳米纤维能够完全分解，不影响制备所得隔热材料的各项性能。本发明首次采用纤维素纳米纤维作为成型增强剂，在未添加其他粘结剂的情况下成功制备出了大尺寸纤维增强多孔隔热材料胚体，胚体表面没有开裂、缺角等情况发生。并且，对烧结后胚体内部的气孔尺寸进行了研究，明确了纤维素纳米纤维添加量和气孔尺寸分布之间的关系，并进一步优化了纤维素纳米纤维添加量，保证纤维增强多孔隔热材料的热导率低于同温度下空气的热导率。另外，通过采用所述特定胶凝剂与其它原料按照特定比例配合，尤其是与一定比例的耐火纤维配合，能够有效提高纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度，使得所述纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度提高到800℃以上，最高可以达到1500℃，拓宽了所述纤维增强多孔隔热材料的使用范围。

本发明所述纤维增强多孔隔热材料采用特定组成的制备原料并按照特定方法制备而成，所述纤维增强多孔隔热材料具有尺寸大、热导率低、抗弯折强度高的特点。本发明所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法，为干压成型法，所述方法步骤简单，不需要添加有机或者无机结合剂，也不用添加水等液体，因此不需干燥，不仅制备速度快，而且生产成本低，大大缩短了生产流程，易于大规模生产。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如无特殊说明，本发明以下实施例中所用原料均可直接从市场购买所得，或者根据本技术领域常规方法制备所得。

以下所述实施例中采用的可压缩粉体的比表面积均大于10m²/g且纯度大于99％，所述红外遮光剂的中心粒径D50均小于100μm且纯度大于99％，所述耐火纤维的炉渣含量均小于10％。

以下实施例中所述纤维素纳米纤维的平均直径采用以下方法测试所得：

真气孔平均直径：采用核磁共振纳米孔隙分析法(简称NMRC)，分析范围在4～1400nm之间，设备名称：苏州纽迈分析仪器股份有限公司的核磁共振纳米孔隙分析仪NMRC12-010V；泡压法，分析范围为0.1～500μm，设备名称：贝士德公司的3H-2000PB。由于两种分析法的分析范围都无法覆盖全范围，所以采用了两种方法联用的方式来测定平均直径。

实施例1

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为气相二氧化硅粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的30％；

所述耐火纤维为质量比为1∶1的莫来石纤维和氧化铝纤维的混合物，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的40％；

所述红外遮光剂为质量比为1∶1的氧化钛和碳化硅的混合物，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的30％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为50nm，平均长度为2.0μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为2000kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在500℃下保温2小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到850℃进行烧结2小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例2

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为二氧化铝气凝胶粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的85％；

所述耐火纤维为玻璃纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10％；

所述红外遮光剂为氧化锆，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的12％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为11nm，平均长度为0.7μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(3)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(4)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为2500kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在450℃下保温1小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到900℃进行烧结1.5小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例3

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为二氧化硅气凝胶粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的80％；

所述耐火纤维为硅酸铝纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10％；

所述红外遮光剂为硅酸锆，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的15％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为40nm，平均长度为1.1μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为3000kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在400℃下保温3小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到1000℃进行烧结3小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例4

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为气相二氧化铝粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的30％；

所述耐火纤维为硅酸铝纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的50％；

所述红外遮光剂为六钛酸钾，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的20％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的3％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为70nm，平均长度为2.4μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为1000kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在350℃下保温2小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到1200℃进行烧结2小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例5

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为可压缩滑石，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的83％；

所述耐火纤维为氧化硅纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的12％；

所述红外遮光剂为氧化铁，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的17％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为90nm，平均长度为2.6μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为500kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在400℃下保温1小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到1500℃进行烧结1小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例6

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为质量比为1∶1的二氧化硅气凝胶粉体和二氧化铝气凝胶粉体的混合物，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的40％；

所述耐火纤维为氧化锆纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的20％；

所述红外遮光剂为氧化锆，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的40％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为50nm，平均长度为1.7μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为10kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在450℃下保温2小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到1100℃进行烧结3小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例7

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为气相二氧化硅粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的84％；

所述耐火纤维为氮化硅纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10％；

所述红外遮光剂为六钛酸钾，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的6％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的1％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为80nm，平均长度为2.5μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为100kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在500℃下保温2小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到800℃进行烧结3小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例8

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为可压缩滑石，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的31％；

所述耐火纤维为碳化硅纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的29％；

所述红外遮光剂为硅酸锆，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的40％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的20％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为90nm，平均长度为2.4μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为500kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在400℃下保温2小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到1300℃进行烧结2小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例9

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为气相二氧化铝粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的30％；

所述耐火纤维为质量比为8∶9的莫来石纤维和氧化铝纤维的混合物，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的34％；

所述红外遮光剂为氧化钛，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的34％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的20％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为100nm，平均长度为2.6μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为2500kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在350℃下保温1小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到1000℃进行烧结2小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例10

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的一种实施例，本实施例所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂和纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体为质量比为1∶1的二氧化铝气凝胶粉体和气相二氧化铝粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的30％；

所述耐火纤维为氧化锆纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的35％；

所述红外遮光剂为碳化硅，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的35％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的19％，且所述纤维素纳米纤维的平均直径为90nm，平均长度为3.0μm。

本实施例所述纤维增强多孔隔热材料采用干压成型法制备而成，且所述方法包括如下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为2800kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在500℃下保温3小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到1400℃进行烧结2小时，即得本实施例纤维增强隔热材料。

实施例11

本发明所述纤维增强多孔隔热材料的性能试验

本实施例包含试验组和对照组，试验组包括试验组1～10，试验组1～10分别采用实施例1～10所述纤维增强隔热材料作为试验对象，对照组包含对照组 1～10，对照组1～10的纤维增强隔热材料分别如下：

对照组1的纤维增强多孔隔热材料与实施例1相比，区别仅在于可压缩粉体和耐火纤维的添加量不同，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例1相同。对照组1的纤维增强多孔隔热材料中，可压缩粉体为气相二氧化硅粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的29％；所述耐火纤维为质量比为20∶21的莫来石纤维和氧化铝纤维的混合物，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的 41％。

对照组2的纤维增强多孔隔热材料与实施例2相比，区别仅在于可压缩粉体和红外遮光剂的添加量不同，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例2相同。对照组2的纤维增强多孔隔热材料中，所述可压缩粉体为二氧化铝气凝胶粉体，且所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的86％；所述红外遮光剂为氧化锆，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的4％。

对照组3的纤维增强多孔隔热材料与实施例3相比，区别仅在于耐火纤维和红外遮光剂的添加量不同，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例3相同。对照组3的纤维增强多孔隔热材料中，所述耐火纤维为硅酸铝纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的9％；所述红外遮光剂为硅酸锆，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的11％。

对照组4的纤维增强多孔隔热材料与实施例4相比，区别仅在于耐火纤维和红外遮光剂的添加量不同，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例4相同。对照组4的纤维增强多孔隔热材料中，所述耐火纤维为硅酸铝纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的51％；所述红外遮光剂为六钛酸钾，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的19％。

对照组5的纤维增强多孔隔热材料与实施例5相比，区别仅在于耐火纤维和红外遮光剂的添加量不同，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例5相同。对照组5的纤维增强多孔隔热材料中，所述耐火纤维为氧化硅纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的13％；所述红外遮光剂为氧化铁，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的4％。

对照组6的纤维增强多孔隔热材料与实施例6相比，区别仅在于耐火纤维的红外遮光剂的添加量不同，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例6相同。对照组6的纤维增强多孔隔热材料中，所述耐火纤维为氧化锆纤维，且所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的19％；所述红外遮光剂为氧化锆，且红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的41％。

对照组7的纤维增强多孔隔热材料与实施例7相比，对照组7不含实施例7 中所述的纤维素纳米纤维，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例7 相同。

对照组8的纤维增强多孔隔热材料与实施例8相比，区别仅在于纤维素纳米纤维的添加量不同，其余原料成分选择及含量以及制备方法均与实施例8相同。对照组8的纤维增强多孔隔热材料中，所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的21％。

对照组9的纤维增强多孔隔热材料与实施例9相比，区别仅在于所述纤维素纳米纤维的平均直径不同，其余料成分选择及含量以及制备方法均与实施例9 相同。对照组9的纤维增强多孔隔热材料中，添加的纤维素纳米纤维的平均直径为110nm。

对照组10的纤维增强多孔隔热材料与实施例10相比，区别记载于所述纤维素纳米纤维的平均长度不同，其余料成分选择及含量以及制备方法均与实施例10相同。对照组10的纤维增强多孔隔热材料中，添加的纤维素纳米纤维的平均长度为3.1μm。

分别对试验组1～10和对照组1～10所述的纤维增强多孔隔热材料的堆积密度、抗弯折强度、最高使用温度、热导率进行测试，测试方法分别如下：

堆积密度：分别称量(例如用台秤、磅秤等进行称量)各组纤维增强多孔隔热材料的重量(单位为kg)，然后测量(用直尺或卷尺测量)各组纤维增强多孔隔热材料的长、宽、高(单位为m)，根据公式：堆积密度＝质量/长/宽/高 (单位为kg/m³)，即可计算得出各组的堆积密度。

抗弯折强度：按照国家标准GB17671-1999《水泥胶砂抗压强度试验方法》来进行测试，测试用的设备为济南一诺牌YAW-300D型全自动抗弯折测试机。

最高使用温度：把各组隔热材料加工成为100×10×10mm的测试用样品，将各组测试用样品在特定温度T1下保温24小时后测试其100mm方向的长度变化。如果100mm长度的线收缩率小于2％，则取用新的样品在【特定温度T1+50℃】的环境中保温24小时后测量其收缩率。直到在某一温度Tn下被测试样品的线收缩率超过了2％，则可认为该样品的最高使用温度为【Tn-50℃】。在每个测温点，被测试样品的样品数量为3，当3个样品的线收缩率都小于2％时，方可进行下一测温点的测试；当3个样品中有一个或一个以上的线收缩率大于2％，则可判定该样品的最高使用温度为【该测温点温度-50℃】。线收缩率＝(100- 保温后长度)/100。

热导率：按照国家标准GB10295-88绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 (热流计法)来进行测试，测试用的设备为湘潭湘科牌DRS-3A型热导率测试仪，测试各组气凝胶隔热材料在800℃时的热导率。

测试结果如表1所示。

表1试验组和对照组所述纤维增强多孔隔热材料的性能测试结果

由上述表1结果可看出，对照组1所述的纤维增强多孔隔热材料，与试验组1相比，由于可压缩粉体的添加量太少，导致制备出的样品堆积密度较高，固态热传导上升，从而使得样品的热导率较高。

对照组2所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组2相比，由于可压缩粉体的添加量太多，导致制备出的样品的堆积密度太小，使得样品的抗弯折强度较低。

对照组3所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组3相比，由于耐火纤维的添加量太少，导致制备出的样品的最高使用温度较低。

对照组4所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组4相比，由于耐火纤维的添加量太多，导致纤维间固态热传导上升，使得样品的热导率较高。

对照组5所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组5相比，由于红外遮光剂的添加量太少，导致在样品中对红外线的反射和散射不足，使得样品的热导率较大。

对照组6所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组6对比，由于红外遮光剂的添加量太多，导致在样品中固态热传导上升，使得样品的热导率较大。

对照组7所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组7对比，由于未添加纤维素纳米纤维，导致制备出的样品在烧前的抗弯折强度只有0.034MPa，没有足够的手持性，在测试的时候即破碎了，无法进行后续测试。根据对照组7和试验组7的对比可知，对照组7未添加纤维素纳米纤维，而试验组7中加入了1％重量的纤维素纳米纤维，试验组7所得样品的胚体的抗弯折强度达到了0.079MPa，样品强度达到了0.1MPa，而对照组7的样品的胚体的抗弯折强度只有0.034MPa，这充分说明了纤维素纳米纤维可以有效改善纤维增强多孔隔热材料的成型胚体强度，手持性和保角性有显著改善。

对照组8所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组8对比，由于纤维素纳米纤维的添加量太多，导致制备出的样品的气孔尺寸超过了空气分子的平均自由程，热对流上升，使得样品的热导率较高。

对照组9所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组9对比，由于纤维素纳米纤维的平均直径太大，导致制备出的样品的气孔尺寸超过了空气分子的平均自由程，热对流上升，使得样品的热导率较高。

对照组10所述纤维增强多孔隔热材料，与试验组10对比，由于纤维素纳米纤维的平均纤维长度太大，导致制备出的样品的气孔尺寸超过了空气分子的平均自由程，热对流上升，使得样品的热导率较高。

同时，本实施例所述试验组2所采用的实施例2的纤维增强多孔隔热材料中，加入的纤维素纳米纤维为购于日本大阪煤气株式会社的纤维素纳米纤维(平均直径11nm，平均长度0.7μm)，添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的12％，本申请发明人观察所述实施例2混合成型过程的气孔尺寸变化发现，在成型后未退火时，胚体的真气孔率为84.8％(真气孔率＝胚体堆积密度/原料真密度，胚体堆积密度＝胚体重量/胚体体积，原料真密度由比重瓶法测量得到)，真气孔平均直径19nm(测试方法：采用核磁共振纳米孔隙分析法(简称NMRC)，分析范围在4～1400nm之间，设备名称：苏州纽迈分析仪器股份有限公司的核磁共振纳米孔隙分析仪NMRC12-010V；泡压法，分析范围为 0.1～500μm，设备名称：贝士德公司的3H-2000PB。由于两种分析法的分析范围都无法覆盖全范围，所以采用了两种方法联用的方式来测定平均直径)，小于空气气体分子平均自由程的50nm～70nm，有效的降低了因为空气流动产生的热对流传热。然后将该实施例的胚体在500℃下保温2小时，使纤维素纳米纤维彻底燃烧分解，然后分析其气孔分布，发现真气孔平均直径由退火前的19nm猛增到316nm，而且由核磁共振纳米孔隙分析法和泡压法分析可知，在423nm为中心孔径的气孔数量增多，说明纤维素纳米纤维在烧蚀后留下的孔径尺寸为 423nm。另外经过测量，经过500℃保温2小时的退火条件下，胚体的尺寸几乎没有改变，说明除了纤维素纳米纤维，其他原料并未达到结晶温度，所以不会产生体积上的收缩。然后将500℃保温2小时退火后的样品加热到1100℃然后保温3小时后进行测量，发现样品的真气孔平均直径由500℃退火后的316nm 降到了32nm，原有的423nm孔径的气孔转移转移到了中心孔径为42nm附近。根据本发明人的分析，在1100℃退火条件下，实施例2的胚体产生了11.7％的体积收缩，而且内部空间的收缩主要集中在空隙较大的纤维素纳米纤维残留的空间。这样纤维素纳米纤维的烧蚀，使实施例2的真气孔平均直径由退火前的 19nm增加到了32nm，小于空气气体分子平均自由程的50nm～70nm，有效的降低了因为空气流动产生的热对流传热。并且，本申请发明人对所有的实施例继续深入的研究发现，当纤维素纳米纤维的添加量小于可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂总质量的20％时，所有实施例的真气孔平均直径在进行完800℃～1500℃的退火后都会小于50nm，也就是说纤维素纳米纤维的添加只要控制在可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂总质量20％的范围内，就不会使纤维增强多孔隔热材料的内部产生热对流，影响样品的热导率。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述纤维增强多孔隔热材料采用干粉压缩成型法制备而成，且所述纤维增强多孔隔热材料的制备原料包含以下成分：可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维；

所述可压缩粉体的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的30～85％；

所述耐火纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10～50％；

所述红外遮光剂的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5～40％；

所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的1～20％。

2.如权利要求1所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述纤维素纳米纤维的平均直径小于等于100nm，长度小于等于3μm。

3.如权利要求2所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述纤维素纳米纤维的平均直径小于等于50nm，长度为1～3μm。

4.如权利要求1所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的5～15％；优选地，所述纤维素纳米纤维的添加量为可压缩粉体、耐火纤维和红外遮光剂总质量的10～15％。

5.如权利要求1所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述可压缩粉体为气凝胶粉体、气相氧化物粉体、可压缩滑石中的至少一种；

所述气凝胶粉体包括氧化硅气凝胶粉体、氧化铝气凝胶粉体中的至少一种；

所述气相氧化物粉体包括气相氧化硅粉体、气相氧化铝粉体中的至少一种。

6.如权利要求1所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述耐火纤维为玻璃纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氧化硅纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维中的至少一种；所述耐火纤维的直径小于等于20μm，所述耐火纤维的长度为1～50mm。

7.如权利要求1所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述红外遮光剂为氧化钛粉体、碳化硅粉体、氧化锆粉体、硅酸锆粉体、六钛酸钾粉体、氧化铁粉体中的至少一种；所述红外遮光剂的中心粒径D50小于等于100μm。

8.如权利要求1所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述纤维增强多孔隔热材料的堆积密度为200～600kg/m³。

9.如权利要求1或8所述的纤维增强多孔隔热材料，其特征在于，所述纤维增强多孔隔热材料的抗弯折强度大于0.1MPa；所述纤维增强多孔隔热材料的最高使用温度大于等于800℃；所述纤维增强多孔隔热材料在800℃时的热导率小于0.1W/mK。

10.一种如权利要求1～9任一项所述纤维增强多孔隔热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将可压缩粉体、耐火纤维、红外遮光剂、纤维素纳米纤维按照比例进行称量并混合；

(2)将步骤(1)中混合后的原料倒入模具中，在压力为10～3000kgf/cm²下压制成型，得到素坯；

(3)将步骤(2)中的素坯在350～500℃下保温1～3小时，除去纤维素纳米纤维，然后升温到800～1500℃进行烧结，即得纤维增强多孔隔热材料。