CN116496628A - 一种绝热复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种绝热复合材料及其制备方法和应用，所述绝热复合材料的制备原料包括基材和树脂组合物，所述树脂组合物以重量份计包括如下组分：羟基封端聚硅氧烷100重量份，乙烯基聚硅氧烷5‑20重量份，含氢聚硅氧烷20‑50重量份，磺酰肼发泡剂0.1‑5重量份，催干剂0.1‑1重量份，金属氢化物1‑20重量份，二氧化硅气凝胶5‑50重量份。通过树脂组合物的组分设计和相互复配，使树脂组合物固化和发泡后形成交联网络结构和均匀的多孔结构，赋予所述绝热复合材料优异的阻燃性、低导热系数、耐高温和绝热性，可以充分满足在建筑材料、电器、化工设备、储能设备、机械设备或石油开采中的应用。

Description

一种绝热复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于气凝胶材料技术领域，具体涉及一种绝热复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
气凝胶是一种隔热性能优异的固体材料，具有高比表面积低密度等特殊的微观结构，基于这些结构在热学方面表现出优异的性能，但拉伸强度不高，制备过程中易残留水分，会提高导热系数，严重影响材料的使用范围。因此，开创出一种耐高温、低导热系数、高力学性能的材料是迫切需要的。
CN110511460A公开了一种耐高温二氧化硅气凝胶隔热材料，所述二氧化硅气凝胶隔热材料包括二氧化硅气凝胶20-60份、烷基酚聚氧乙烯醚6-8份、有机溶剂8-24份、橡胶组合物150-200份、改性发泡剂5-8份、有机过氧化物4-8份、助剂60-80份。所述二氧化硅气凝胶隔热材料具有较高的隔热性能。但是，该材料阻燃性欠佳，无法满足建筑材料、电器、化工设备、储能设备、机械设备或石油开采的应用。
CN106750942A公开了一种杂化铝硅气凝胶改性的阻燃聚丙烯发泡板及其制备方法，所述阻燃聚丙烯发泡板包括聚丙烯65-72份、马来酸酐接枝聚丙烯5-6份、聚烯烃弹性体10-12.5份、纳米全硫化橡胶粒子3-5份、发泡剂AC 1-3份、抗氧剂0.1-0.2份、有机磷系阻燃剂0.5-0.8份、季戊四醇5-8份、异丙醇铝0.3-0.5份、异丙醇1-2份、聚乙烯吡咯烷酮0.05-0.08份、硅烷偶联剂0.1-0.2份、正硅酸乙酯3-5份、去离子水100-150份、浓硝酸0.04-0.06份、草酸水溶液10-15、无水乙醇5-8份。所述阻燃聚丙烯发泡板是一种具有独特的纳米多孔结构的化合物，兼具阻燃和增强效果，其填充于树脂体系中后可与熔体良好结合吸附，达到均匀稳定的增强改性效果，可显著提高阻燃性。但是，该发泡板的耐高温性能欠佳，在高温环境下进行应用局限较大。
CN105645872A公开了一种氧化钛和氧化铜气凝胶发泡水泥，所述气凝胶发泡水泥包括普通硅酸盐水泥，30-65份；氧化钛气凝胶，5-15份；氧化铜气凝胶，5-15份；微硅粉，4-10份；促凝剂，2-4份；减水剂，2-4份；稳泡剂，4-8份；发泡剂，5-15份；粉煤灰，5-25份。所述气凝胶发泡水泥可以解决防火、防水性能不是很理想的问题，且防火等级为A，对环境无污染。但是，该材料导热系数为0.085-0.095W/m·K，隔热性能欠佳。
由于现有技术中的绝热复合材料存在阻燃性不足、保温性能差、拉伸强度低等性能无法平衡的问题。因此，开发一种拉伸强度高、绝热性能好的材料，以满足绝热复合材料的应用需求，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种绝热复合材料及其制备方法和应用，所述绝热复合材料的制备原料包括基材和树脂组合物，通过树脂组合物的组分设计和组分之间的多重相互作用，赋予所述绝热复合材料优异的力学性能、绝热保温性能、耐高温性和阻燃性能，能够充分满足建筑材料、电器、化工设备、储能设备、机械设备或石油开采的应用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种绝热复合材料，所述绝热复合材料的制备原料包括基材和树脂组合物，所述树脂组合物以重量份计包括如下组分：羟基封端聚硅氧烷100重量份，乙烯基聚硅氧烷5-20重量份，含氢聚硅氧烷20-50重量份，磺酰肼发泡剂0.1-5重量份，催干剂0.1-1重量份，金属氢化物1-20重量份，二氧化硅气凝胶5-50重量份。
本发明提供的绝热复合材料通过基材和树脂组合物复合制备得到，所述树脂组合物包括特定用量的羟基封端聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、含氢聚硅氧烷、磺酰肼发泡剂、催干剂、金属氢化物和二氧化硅气凝胶的组合。其中，所述羟基封端聚硅氧烷之间能够脱水缩合，扩链生成高分子量链段，所述乙烯基聚硅氧烷和含氢聚硅氧烷基于硅氢加成反应进行固化，形成交联网络；三类特定的聚硅氧烷共同构建形成有机硅交联网络，赋予所述绝热复合材料优异的力学性能。所述磺酰肼发泡剂在发泡条件下分解产生气体(例如氮气、水蒸气等)，在绝热复合材料中形成均匀的气孔，提供优良的绝热保温性能。所述金属氢化物与体系中的水(包括羟基封端聚硅氧烷之间缩合反应生成的水，磺酰肼发泡剂分解产生的水)反应，生成金属氢氧化物，并释放氢气作为发泡剂，降低导热系数，而且金属氢氧化物能够提升所述绝热复合材料的耐高温性和阻燃性能。所述二氧化硅气凝胶比传统的白炭黑具有更小的导热系数，同时吸油度小，抗压能力强，具有更好的发泡强度，从而获得更大的发泡效果。因此，本发明通过树脂组合物的组分设计以及组分之间的多重化学反应/相互作用，使所述绝热复合材料兼具优异的绝热保温性能、力学强度、阻燃性和耐热性；同时，所述绝热复合材料能够避免基材(例如玻璃纤维毡中的纤维)对人体的扎刺以及引起的皮肤过敏，克服了掉粉的缺陷，具有更加优异的使用性能。
所述树脂组合物中，所述乙烯基聚硅氧烷的含量可以为5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述树脂组合物中，所述含氢聚硅氧烷的含量可以为20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份、45重量份、50重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述树脂组合物中，所述磺酰肼发泡剂的含量可以为0.1重量份、0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述树脂组合物中，所述催干剂的含量可以为0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1.0重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述树脂组合物中，所述金属氢化物的含量可以为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述树脂组合物中，所述二氧化硅气凝胶的含量可以为5重量份、10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份、45重量份、50重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述羟基封端聚硅氧烷的数均分子质量为500-1000g/mol，例如500g/mol、550g/mol、600g/mol、650g/mol、700g/mol、750g/mol、800g/mol、850g/mol、900g/mol、950g/mol、1000g/mol，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述羟基封端聚硅氧烷具有如式I所示结构：
其中，n为5-11的整数，例如可以为6、7、8、9或10。
优选地，所述式I所示结构的羟基封端聚硅氧烷在绝热复合材料的制备过程中发生脱水缩合，增加所述树脂组合物的粘度，有利于发泡，脱水缩合的反应方程式如下：
其中，n2≥100，例如可以为150、200、300、500、700、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000或12000等，进一步优选100-10000。
优选地，所述乙烯基聚硅氧烷为端乙烯基聚硅氧烷，例如乙烯基硅树脂和/或乙烯基硅油。
优选地，所述含氢聚硅氧烷包括含氢硅油和/或含氢硅树脂。
优选地，所述磺酰肼发泡剂包括苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2,4-甲苯磺酰肼、对(N-甲氧基甲酰胺基)苯磺酰肼、4,4'-氧代双苯磺酰肼或3,3'-二磺酰肼二苯砜中的任意一种或至少两种的组合，优选4,4'-氧代双苯磺酰肼。
作为本发明的优选技术方案，所述磺酰肼发泡剂为4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)，其加热分解出氮气和水蒸气，水蒸气与金属氢化物反应，释放出氢气。OBSH与金属氢化物相互协同，形成氮气、氢气混合发泡剂，提供充分的发泡介质，发泡更均匀，使所述绝热复合材料具有更低的导热系数和优异的绝热保温性能。
优选地，所述催干剂为胺类化合物，优选包括二乙烯三胺和/或三乙烯四胺。
作为本发明的优选技术方案，所述催干剂为二乙烯三胺和/或三乙烯四胺，能够有效促进乙烯基聚硅氧烷和含氢聚硅氧烷发生硅氢加成反应，提升固化速率，快速形成有机硅交联网络。
优选地，所述金属氢化物包括氢化铝和/或氢化镁。
作为本发明的优选技术方案，所述金属氢化物为氢化铝和/或氢化镁，其与磺酰肼发泡剂发泡产生的水和羟基封端聚硅氧烷缩合产生的水发生反应，生成氢氧化铝和/或氢氧化镁，并释放出氢气作为绝热复合材料制备过程中的发泡剂，形成均匀的多孔结构，从而降低绝热复合材料的导热系数，赋予其更好的绝热保温性能；同时，生成的氢氧化铝和/或氢氧化镁有助于提升绝热复合材料的阻燃性和耐高温性能。
所述金属氢化物的用量为1-20重量份，能够充分反应消耗绝热复合材料制备中产生的水，规避了水分对导热性能的影响，生成氢气作为发泡剂，生成金属氢氧化物作为阻燃和耐高温介质。如果金属氢化物的用量过低，则无法完全消耗羟基封端聚硅氧烷缩合和磺酰肼发泡剂发泡产生的水，使绝热复合材料的导热系数升高；如果金属氢化物的用量过高，生成较多的金属氢氧化物也会提高绝热复合材料的导热系数，而且会影响拉伸强度等力学性能。
优选地，所述二氧化硅气凝胶为二氧化硅气凝胶空心微球。
作为本发明的优选技术方案，所述树脂组合物中使用二氧化硅气凝胶空心微球，其具有更小的导热系数和更好的绝热性能，而且吸油度更小，抗压能力强，能够赋予绝热复合材料更加优异的综合性能。
所述二氧化硅气凝胶空心微球可以为市售品，也可通过本领域已知的制备方法制备得到，示例性的制备方法包括：采用硅溶胶-凝胶，通过超临界干燥，粉碎，获得气凝胶粉体；再通过激光灼烧法获得二氧化硅气凝胶空心微球。
优选地，所述树脂组合物以重量份计还包括1-10重量份催化剂，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述催化剂包括季铵碱，进一步优选为季铵碱溶液。
优选地，所述季铵碱溶液中季铵碱的质量浓度为10-30％，例如12％、15％、18％、20％、22％、25％或28％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述催化剂包括四甲基氢氧化铵。
优选地，所述基材包括玻璃纤维毡、开孔海绵或发泡金属中的任意一种。
优选地，以所述基材的体积为1m3计，所述树脂组合物的质量为10-100kg，例如10kg、20kg、30kg、40kg、50kg、60kg、70kg、80kg、90kg、100kg，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
作为本发明的优选技术方案，以基材的体积为1m3计，所述树脂组合物的质量为10-100kg；在绝热复合材料的制备过程中，所述树脂组合物发生多重化学反应/相互作用，起到改善绝热保温性能、力学强度、阻燃性和耐热性的作用。如果树脂组合物的用量过低，则树脂不能浸润基材，不能有效发泡，从而导致不发泡或局部发泡，造成整体绝热性不均匀，对基材的性能改善作用不明显；如果树脂组合物的用量过高，树脂泡壁加厚，提高了热传导特性，会使绝热复合材料的密度和导热系数偏高，绝热性能不佳。
优选地，所述树脂组合物以重量份计包括如下组分：羟基封端聚硅氧烷100重量份，乙烯基聚硅氧烷5-20重量份，含氢聚硅氧烷20-50重量份，4,4'-氧代双苯磺酰肼0.1-5重量份，催干剂0.1-1重量份，金属氢化物1-20重量份，二氧化硅气凝胶5-50重量份，催化剂1-10重量份；所述金属氢化物为氢化铝和/或氢化镁。
作为本发明的优选技术方案，所述羟基封端聚硅氧烷聚合脱出水份并形成大分子链，增加粘度，有利于发泡；氢化铝和/或氢化镁与聚合释放出的水反应，释放氢气，氢气作为发泡剂，同时，清除高导热系数的水，进一步降低材料的导热系数；4,4'-氧代双苯磺酰肼加热分解出氮气、水蒸汽和次磺酸，次磺酸继续分解为水，水与氢化铝和/或氢化镁反应，放出氢气，作为发泡剂形成氮气、氢气混合发泡剂，提供充分的发泡介质；二氧化硅气凝胶比传统的白炭黑具有更小的导热系数，同时，吸油度小，抗压能力强，具有更好的发泡强度，从而获得更大的发泡效果。
另一方面，本发明提供一种绝热复合材料的制备方法，所述制备方法包括将树脂组合物转移至基材上，经发泡、老化、冷却，得到所述绝热复合材料。
优选地，所述发泡前还包括涂覆脱模剂的步骤。
优选地，所述脱模剂包括二氧化硅气凝胶粉。
所述脱模剂可以涂覆于发泡所用的装置(模具)表面，也可以涂覆于包含树脂组合物和基材的复合物上。
优选地，所述发泡的温度为60-100℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述发泡的时间为5-30min，例如5min、8min、10min、12min、15min、18min、20min、22min、25min、28min、30min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述老化的温度为150-250℃，例如160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，升温至所述老化的温度的升温速率为0.5-1.5℃/min，例如0.5℃/min、0.6℃/min、0.7℃/min、0.8℃/min、0.9℃/min、1.0℃/min、1.1℃/min、1.2℃/min、1.3℃/min、1.4℃/min、1.5℃/min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述老化的时间为1-4h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述冷却在保护气氛中进行，所述保护气氛包括氮气、氩气、氦气或二氧化碳中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法中，发泡后以特定的速率升温至老化温度进行老化，老化后在保护气氛中进行冷却，能够使所述绝热复合材料中的多孔结构更加均匀稳定，避免多孔结构变形或坍塌，从而具有更好的绝热保温性能。
另一方面，本发明提供一种所述绝热复合材料在建筑材料、电器、化工设备、储能设备、机械设备或石油开采中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的绝热复合材料通过基材和树脂组合物复合制备得到，在树脂组合物采用特定用量的羟基封端聚甲基硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、含氢聚硅氧烷、磺酰肼发泡剂、催干剂、金属氢化物、二氧化硅气凝胶的协同复配，通过各组分之间的多重化学反应使树脂组合物固化后形成交联网络结构，赋予了所述绝热复合材料优异的阻燃性、低导热系数、耐高温和绝热性。本发明所述绝热复合材料的密度低，导热系数≤0.045W/(m.k)，表现出优异的绝热保温性能，其力学强度高，拉伸强度为260-2100kPa，燃烧等级为B1难燃-A2不燃，最高使用温度≥650℃，具有优异的力学性能、阻燃性、耐高温性和绝热性，可以充分满足在建筑材料、电器、化工设备、储能设备、机械设备或石油开采中的应用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例及对比例中用到的实验材料如下：
(1)羟基封端聚硅氧烷：羟基封端聚甲基硅树脂，安徽IOTA公司的8865H。
(2)乙烯基聚硅氧烷：乙烯基封端硅油，安徽IOTA公司的120V。
(3)含氢聚硅氧烷：三甲基硅氧基封端聚烃基氢硅氧烷，购自武汉克米克公司含氢硅油，湖北新四海化工的SH202。
(4)磺酰肼发泡剂：4,4'-氧代双苯磺酰肼(OBSH)。
(5)催干剂：二乙烯三胺。
(6)金属氢化物：氢化铝。
(7)催化剂：浓度为25％的四甲基氢氧化铵溶液。
(8)基材：无碱玻璃纤维毡，体积密度为100kg/m3，购自泰山玻纤厂。
实施例1
一种绝热复合材料，其制备原料包括基材和树脂组合物，所述基材为玻璃纤维毡，所述树脂组合物以重量份计包括如下组分：羟基封端聚甲基硅树脂100重量份，乙烯基封端硅油15重量份，三甲基硅氧基封端聚烃基氢硅氧烷20重量份，含氢硅油25重量份，OBSH 1重量份，氢化铝5重量份，二乙烯三胺0.5重量份，二氧化硅气凝胶空心微球20重量份，四甲基氢氧化铵溶液(浓度25％)5重量份。
所述绝热复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按前述配方量将各组分混合均匀，得到树脂组合物；
(2)将步骤(1)得到的树脂组合物转移至玻璃纤维毡上，以玻璃纤维毡为1m3计，所述树脂组合物的质量为20kg，获得复合物A；
(3)在步骤(2)得到的复合物A表面喷洒脱模剂(气凝胶粉体)，喷洒量为50g/m2，获得表面处理的复合物B；
(4)将步骤(3)得到的复合物B转移到密闭的发泡装置中，80℃发泡15分钟，得到预产物；
(5)将步骤(4)得到的预产物以1℃/min的升温速率升温到200℃，在200℃老化1小时，获得干燥的复合物C；
(6)将步骤(5)得到的复合物C转移到干冰冷却容器中，在二氧化碳氛围中冷却至常温，获得所述绝热复合材料。
实施例2
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中二氧化硅气凝胶空心微球的含量为5重量份；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例3
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中二氧化硅气凝胶空心微球的含量为10重量份；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例4
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中二氧化硅气凝胶空心微球的含量为50重量份；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中氢化铝的含量为1重量份；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中氢化铝的含量为10重量份；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例7
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中氢化铝的含量为20重量份；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例8
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以玻璃纤维毡的体积为1m3计，所述树脂组合物的质量为10kg；树脂组合物的组分和制备方法中的其他步骤均与实施例1相同。
实施例9
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以玻璃纤维毡的体积为1m3计，所述树脂组合物的质量为40kg；树脂组合物的组分和制备方法中的其他步骤均与实施例1相同。
实施例10
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以玻璃纤维毡的体积为1m3计，所述树脂组合物的质量为80kg；树脂组合物的组分和制备方法中的其他步骤均与实施例1相同。
实施例11
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以玻璃纤维毡的体积为1m3计，所述树脂组合物的质量为100kg；树脂组合物的组分和制备方法中的其他步骤均与实施例1相同。
对比例1
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中不含氢化铝；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，树脂组合物中不含氢化铝，OBSH的用量为6重量份；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种绝热复合材料，其与实施例1的区别仅在于，将树脂组合物中的氢化铝用等质量的氢氧化铝替换；其他组分的种类、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例4
一种绝热复合材料，其制备原料包括基材和树脂组合物，所述基材为玻璃纤维毡，树脂组合物以重量份计包括如下组分：乙烯基封端硅油40重量份，三甲基硅氧基封端聚烃基氢硅氧烷53重量份，含氢硅油67重量份，OBSH 1重量份，氢化铝5重量份，二乙烯三胺0.5重量份，二氧化硅气凝胶空心微球20重量份，四甲基氢氧化铵溶液(浓度25％)5重量份；所述绝热复合材料的制备方法与实施例1相同。
对比例5
一种绝热复合材料，其制备原料为树脂组合物，所述树脂组合物以重量份计包括如下组分：羟基封端聚甲基硅树脂100重量份，乙烯基封端硅油15重量份，三甲基硅氧基封端聚烃基氢硅氧烷20重量份，含氢硅油25重量份，OBSH 1重量份，氢化铝5重量份，二乙烯三胺0.5重量份，四甲基氢氧化铵溶液(浓度25％)5重量份。
所述绝热复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)按前述配方量将各组分混合均匀，得到树脂组合物；
(2)将步骤(1)得到的树脂组合物转移到密闭的发泡装置中，80℃发泡15分钟，得到预产物；
(3)将步骤(2)得到的预产物以1℃/min的升温速率升温到200℃，在200℃老化1小时，获得干燥的复合物；
(4)将步骤(3)得到的复合物转移到干冰冷却容器中，在二氧化碳氛围中冷却至常温，获得所述绝热复合材料。
对实施例1-11、对比例1-5提供的绝热复合材料进行性能测试，具体方法如下：
(1)密度：采用标准GB/T 34336-2017附录A的方法进行测试；
(2)导热系数：采用标准GB/T 10295-2008的方法进行测试；
(3)拉伸强度：采用标准GB/T 17911-2006的方法进行测试；
(4)燃烧等级：采用标准GB/T 8624-2012的方法进行测试；
(5)最高使用温度：采用标准GB/T 17430-2015的方法进行测试；
测试结果如表1所示。
表1
从表1的数据可知，本发明实施例1-11提供的绝热复合材料具有较低的密度和低导热系数，其导热系数低至0.018-0.045W/(m.k)，拉伸强度为260-2100kPa，燃烧等级为B1难燃-A2不燃，最高使用温度为650-700℃，兼具优异的力学性能、阻燃性、耐高温性和绝热性。
具体而言，本发明将具有发泡性能的树脂组合物与基材复合，获得了低密度的绝热复合材料；所述树脂组合物中采用羟基封端聚甲基硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、含氢聚硅氧烷、磺酰肼发泡剂、催干剂、金属氢化物和二氧化硅气凝胶空心微球等组分的协同复配，尤其通过金属氢化物与体系中的水(包括羟基封端聚硅氧烷之间缩合反应生成的水，磺酰肼发泡剂分解产生的水)反应，生成的金属氢氧化物能够作为耐高温和阻燃介质，释放的氢气作为发泡剂，使所述绝热复合材料中具有均匀致密的多孔结构，在绝热保温、拉伸强度、耐高温和阻燃方面均具有优良的表现。结合实施例1-4可知，随着树脂组合物中二氧化硅气凝胶的用量增加，绝热复合材料的导热系数降低，同时拉伸强度也有所降低。根据实施例1、5-7可知，随着金属氢化物的含量增加，绝热复合材料的导热系数先下降后上升，其升高的原因可能是生成的金属氢氧化物的导热系数较高。根据实施例1、8-11可知，随着树脂组合物的用量增大，能够使绝热复合材料的拉伸强度持续增加。与对比例6中单一树脂组合物发泡而成的材料和对比例7中的基材玻璃纤维毡相比，本发明将具有发泡性能的树脂组合物与基材复合得到的绝热复合材料具有更加优异的综合性能。
与实施例1相比，对比例1和3中不含金属氢化物，无法产生氢气发泡，发泡小，而且体系中含水多，导热系数高；对比例2中不含金属氢化物，即使提高发泡剂OBSH的用量，其发泡体积依然较小，而发泡速度慢，材料的导热系数较高，也无法获得理想的绝热保温性能。此外，如果树脂组合物中不采用本发明限定的羟基封端聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷和含氢聚硅氧烷的复配(对比例4)，则不能发生链增长，无法成形和发泡。对比例5由树脂组合物发泡制备而成，其不含有纤维基材，且树脂组合物中未加入气凝胶空心微球，材料的拉伸性能和绝热性能有明显不足。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的绝热复合材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种绝热复合材料，其特征在于，所述绝热复合材料的制备原料包括基材和树脂组合物，所述树脂组合物以重量份计包括如下组分：羟基封端聚硅氧烷100重量份，乙烯基聚硅氧烷5-20重量份，含氢聚硅氧烷20-50重量份，磺酰肼发泡剂0.1-5重量份，催干剂0.1-1重量份，金属氢化物1-20重量份，二氧化硅气凝胶5-50重量份。
2.根据权利要求1所述的绝热复合材料，其特征在于，所述羟基封端聚硅氧烷的数均分子质量为500-1000g/mol。
3.根据权利要求1或2所述的绝热复合材料，其特征在于，所述乙烯基聚硅氧烷为端乙烯基聚硅氧烷；
优选地，所述乙烯基聚硅氧烷包括乙烯基硅树脂和/或乙烯基硅油；
优选地，所述含氢硅氧烷包括含硅油和/或含氢硅树脂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的绝热复合材料，其特征在于，所述磺酰肼发泡剂包括；苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2,4-甲苯磺酰肼、对(N-甲氧基甲酰胺基)苯磺酰肼、4,4'-氧代双苯磺酰肼或3,3-二磺酰肼二苯砜中的任意一种或至少两种的组合，优选4,4'-氧代双苯磺酰肼。
5.根据权利要求1-4任一项所述的绝热复合材料，其特征在于，所述催干剂为胺类化合物，优选包括二乙烯三胺和/或三乙烯四胺；
优选地，所述金属氢化物包括氢化铝和/或氢化镁；
优选地，所述二氧化硅气凝胶为二氧化硅气凝胶空心微球。
6.根据权利要求1-5任一项所述的绝热复合材料，其特征在于，所述树脂组合物以重量份计还包括1-10重量份催化剂；
优选地，所述催化剂包括季铵碱。
7.根据权利要求1-6任一项所述的绝热复合材料，其特征在于，所述基材包括玻璃纤维毡、开孔海绵或发泡金属中的任意一种；
优选地，以所述基材的体积为1m3计，所述树脂组合物的质量为10-100kg。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的绝热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将树脂组合物转移至基材上，经发泡、老化、冷却，得到所述绝热复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述发泡前还包括涂覆脱模剂的步骤；
优选地，所述发泡的温度为60-100℃，时间为5-30min；
优选地，所述老化的温度为150-250℃，时间为1-4h；
优选地，升温至所述老化的温度的升温速率为0.5-1.5℃/min；
优选地，所述冷却在保护气氛中进行，所述保护气氛包括氮气、氩气、氦气或二氧化碳中的任意一种或至少两种的组合。
10.一种如权利要求1-7任一项所述的绝热复合材料在建筑材料、电器、化工设备、储能设备、机械设备或石油开采中的应用。
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