CN208009673U - 纳米二氧化硅气凝胶绝热板以及建筑墙体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板以及建筑墙体，涉及纳米绝热板技术领域。该纳米二氧化硅气凝胶绝热板包括第一基板、第二基板以及位于第一基板与第二基板之间的二氧化硅气凝胶保温层；第一基板与二氧化硅气凝胶保温层之间设有第一水凝胶缓冲层；第二基板与二氧化硅气凝胶保温层之间设有第二水凝胶缓冲层。本实用新型缓解了现有二氧化硅气凝胶隔热保温板存在强度不高、不能承受较大压力，材料韧性低、易开裂，在较小的负荷下表现出较高的脆性等问题。本实用新型两块基板中间有二氧化硅气凝胶保温层，通过在二氧化硅气凝胶保温层与基板之间设置水凝胶层，能够缓冲外界压力，防止二氧化硅气凝胶绝热板开裂，增强绝热板整体强度和韧性。
Description
技术领域
本实用新型涉及纳米绝热板技术领域，尤其涉及一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板以及建筑墙体。
背景技术
纳米微孔绝热板以其极低的导热系数、稳定的性能在各种材料中遥遥领先，相比于传统的绝热板，微孔绝热板具有超低热容量、超低导热率；优良的热稳定性，优良的吸音性；良好的抗震性；易于施工，切割及加工等优点。
气凝胶是在保持凝胶骨架结构完整的情况下，将凝胶内溶剂干燥后的产物，其是一种具有纳米多孔结构的非晶态低密度材料。二氧化硅气凝胶尺度是小于50纳米的多孔材料，孔的直径小于空气分子的平均自由程，当二氧化硅气凝胶作为绝热材料时，气体的热传导大大减少，热导率比空气还要低，在常温下的热导率为0.015至0.02W/mK。二氧化硅气凝胶具有导热系数低、密度小、空间利用率高、隔声、绿色环保和防水不燃等优越性能。
但二氧化硅气凝胶由于其机械强度低、脆性大，在工程上的应用受到很多限制，用其制备的隔热保温板存在强度不高、不能承受较大压力，材料韧性低、易开裂，在较小的负荷下表现出较高的脆性等问题。在使用的过程中，二氧化硅气凝胶会出现颗粒、粉尘脱落的现象，大大降低了板材的使用性能和使用寿命。
有鉴于此，提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的第一目的在于提供一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，该绝热板两块基板中间设有二氧化硅气凝胶保温层，通过在二氧化硅气凝胶保温层与基板之间设置水凝胶层，能够缓冲外界压力，防止二氧化硅气凝胶绝热板开裂，增强绝热板整体强度和韧性，缓解目前的二氧化硅气凝胶制得的板材易开裂、使用寿命短等问题。
本实用新型的第二目的在于提供一种包括所述纳米二氧化硅气凝胶绝热板的建筑墙体，具有和所述纳米二氧化硅气凝胶绝热板相同的优势，建筑墙体通过使用该绝热板保温隔热性能优良、耐老化且不易开裂。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，包括第一基板、第二基板以及位于所述第一基板与所述第二基板之间的二氧化硅气凝胶保温层；
所述第一基板与所述二氧化硅气凝胶保温层之间设有第一水凝胶缓冲层；所述第二基板与所述二氧化硅气凝胶保温层之间设有第二水凝胶缓冲层。
优选地，在本实用新型技术方案的基础上，所述第一基板为纤维密度板、水泥板、硅酸钙板或石膏板；和/或，所述第二基板为纤维密度板、水泥板、硅酸钙板或石膏板。
优选地，在本实用新型技术方案的基础上，所述第一水凝胶缓冲层和所述第二水凝胶缓冲层均为纳米凝胶缓冲层。
优选地，在本实用新型技术方案的基础上，所述第一水凝胶缓冲层和所述第二水凝胶缓冲层的厚度相同且均为2～5mm；
所述二氧化硅气凝胶保温层的厚度为10～20mm。
进一步，在本实用新型技术方案的基础上，所述第一基板与所述第一水凝胶缓冲层之间设有第一阻燃层；所述第二基板与所述第二水凝胶缓冲层之间设有第二阻燃层。
进一步，在本实用新型技术方案的基础上，所述第一水凝胶缓冲层和二氧化硅气凝胶保温层之间设有第一纤维网格布层；所述第二水凝胶缓冲层和二氧化硅气凝胶保温层之间设有第二纤维网格布层。
进一步，在本实用新型技术方案的基础上，所述第一基板外侧设有石墨烯复合玻璃纤维层。
进一步，在本实用新型技术方案的基础上，所述的第一基板和第二基板之间设有均匀分布的间隔板。
进一步，在本实用新型技术方案的基础上，所述第一基板外侧设有锯齿状的反射槽。
第二方面，本实用新型提供了一种包括上述纳米二氧化硅气凝胶绝热板的建筑墙体。
与已有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型提供的纳米二氧化硅气凝胶绝热板第一基板和第二基板中间设有二氧化硅气凝胶保温层，保温隔热效果好，由于二氧化硅气凝胶强度低、脆性大，在二氧化硅气凝胶保温层与基板之间设置水凝胶层，水凝胶性质柔软且防潮，能够缓冲外界压力，增强绝热板的整体强度和韧性，有效防止绝热板开裂，提高板材的使用寿命。
(2)通过水凝胶缓冲层的加入进一步增强了二氧化硅气凝胶保温层与基板之间的粘结性，防止材料开裂和散落，增强了绝热板的整体性。
(3)该绝热板结构简单、易于制造、便于使用、成本低廉，且保温隔热性能优良，防水性好，强度和韧性高，适于在各种工况下长期使用，可广泛应用于工业、建筑外墙体、室内装饰、交通运输车辆、船舶等多种领域。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型第一种实施方式的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的结构示意图；
图2为本实用新型第二种实施方式的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的结构示意图；
图3为本实用新型第三种实施方式的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的结构示意图；
图4为本实用新型一种实施方式的间隔板和反射槽的结构示意图。
图标：100-第一基板；110-反射槽；200-第二基板；310-第一水凝胶缓冲层；320-二氧化硅气凝胶保温层；330-第二水凝胶缓冲层；410-第一阻燃层；420-第二阻燃层；510-第一纤维网格布层；520-第二纤维网格布层；600-石墨烯复合玻璃纤维层；700-间隔板。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
根据本实用新型的第一个方面，提供了一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，图1为本实用新型第一种实施方式的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的结构示意图。
如图1所示，纳米二氧化硅气凝胶绝热板包括第一基板100、第二基板200以及位于第一基板100与第二基板200之间的二氧化硅气凝胶保温层320；第一基板100与二氧化硅气凝胶保温层320之间设有第一水凝胶缓冲层310；第二基板200与二氧化硅气凝胶保温层320之间设有第二水凝胶缓冲层330。
第一基板和第二基板构成绝热板主体结构，对第一基本和第二基板的材质不作限定，可以选用常规板材。典型但非限制性的第一基板100为纤维密度板、水泥板、硅酸钙板或石膏板。典型但非限制性的第二基板200为纤维密度板、水泥板、硅酸钙板或石膏板。
第一基板和第二基板之间设有二氧化硅气凝胶保温层，二氧化硅气凝胶保温层是主要由二氧化硅气凝胶颗粒和粘结剂构成的气凝胶层。对二氧化硅气凝胶颗粒没有特别的限制，可以通过常规方法(溶胶-凝胶法)制备得到，也可以直接购买市售的二氧化硅气凝胶颗粒。
优选地，二氧化硅气凝胶保温层中二氧化硅气凝胶颗粒的含量通常是5至97体积％，优选40至95体积％，进一步优选60至95体积％。明显低于5体积％时，二氧化硅气凝胶颗粒含量低，其有利的性质将大幅度丧失，这样的材料将不再具有低密度和导热性。明显高于97体积％时，粘结剂的含量将低于3体积％，这种情况下不足以使气凝胶颗粒相互粘结和保证机械抗压强度和抗弯强度。
由于气凝胶颗粒成型性和强度比较差，二氧化硅气凝胶保温层优选气凝胶毡。气凝胶毡是将二氧化硅气凝胶在湿溶胶阶段与纤维增强材料复合，然后经过凝胶和干燥制备得到的气凝胶毡。对气凝胶毡没有特别的限制，可以选用常规方法制备的气凝胶毡或市售的气凝胶毡产品。
第一基板和第二基板中间设有二氧化硅气凝胶保温层，起到很好的保温隔热效果。
由于二氧化硅气凝胶强度低、脆性大，在第一基板与二氧化硅气凝胶保温层之间设有第一水凝胶缓冲层，第二基板与二氧化硅气凝胶保温层之间设有第二水凝胶缓冲层。
水凝胶缓冲层是指用水凝胶材料制成层状结构体，水凝胶是水溶性或亲水性高分子，通过一定的化学交联或物理交联形成的，天然的亲水性高分子包括多糖类(淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等)和多肽类(胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等)，合成的亲水高分子包括醇、丙烯酸及其衍生物类(聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等)。
在二氧化硅气凝胶保温层与基板之间设置水凝胶层，水凝胶性质柔软且防潮，能够缓冲外界压力，增强绝热板的整体强度和韧性，有效防止绝热板开裂，提高板材的使用寿命。同时通过水凝胶缓冲层的加入进一步增强了二氧化硅气凝胶保温层与基板之间的粘结性，防止材料开裂和散落，增强了绝热板的整体性。
在一种优选的实施方式中，第一水凝胶缓冲层310和第二水凝胶缓冲层330均为纳米凝胶缓冲层。
纳米凝胶，一般是指直径在200nm以下的水凝胶。
纳米凝胶也可以采用纳米复合凝胶，纳米复合凝胶是将纳米尺寸的无机颗粒分散在水凝胶中形成的复合材料，因为它不仅保持了纳米材料本身的功能性质，而且还将纳米材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与水凝胶的软湿性能相融合，从而明显改善水凝胶的物理机械性能、热稳定性。
在一种优选的实施方式中，第一水凝胶缓冲层310和第二水凝胶缓冲层330的厚度相同且均为2～5mm，例如第一水凝胶缓冲层310厚度为2mm、3mm、4mm或5mm，第二水凝胶缓冲层330的厚度对应也为2mm、3mm、4mm或5mm；
二氧化硅气凝胶保温层320的厚度为10～20mm，例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。
采用厚度适中的水凝胶缓冲层能够很好地缓冲外界压力，减小外界压力对二氧化硅气凝胶保温层的负荷。
第一种实施方式的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的制备方法可以是：在第二基板200一侧涂覆结构胶并粘接第二水凝胶缓冲层330，同理在第一基板100一侧涂覆结构胶并粘接第一水凝胶缓冲层310，用粘结剂将二氧化硅气凝胶颗粒制成一定厚度的二氧化硅气凝胶保温层320，在二氧化硅气凝胶保温层320两侧均涂覆结构胶与粘接好第一水凝胶缓冲层310的第一基板100以及粘接好第二水凝胶缓冲层330的第二基板200进行粘接，最后压实第一基板100和第二基板200即可。
图2为本实用新型第二种实施方式的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的结构示意图。如图2所示，第二种实施方式是在第一种实施方式的基础上进一步改进得到的。
作为进一步的实施方式，第一基板100与第一水凝胶缓冲层310之间设有第一阻燃层410；第二基板200与第二水凝胶缓冲层330之间设有第二阻燃层420。
第一阻燃层410和第二阻燃层420可采用耐火材料制成，典型但非限制性的耐火材料为纳米级的白炭黑、硅微粉、硅藻土或高岭土中的一种。
第一阻燃层410和第二阻燃层420可起到绝热作用，增强绝热板的阻燃性能。
图3为本实用新型第三种实施方式的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的结构示意图。如图3所示，第三种实施方式是在第二种实施方式的基础上进一步改进得到的。
作为进一步的实施方式，第一水凝胶缓冲层310和二氧化硅气凝胶保温层320之间设有第一纤维网格布层510；第二水凝胶缓冲层330和二氧化硅气凝胶保温层320之间设有第二纤维网格布层520。
优选地，第一纤维网格布层510和第二纤维网格布层520均为玻璃纤维网格布。
优选地，第一纤维网格布层510和第二纤维网格布层520厚度相同且均为150～200μm；第一纤维网格布层510和第二纤维网格布层520的纤维网格尺寸均为5～8mm×5～8mm。
第一纤维网格布层和第二纤维网格布层可起到加强筋的作用，可提高韧性，防止绝热板在高温下收缩、材料开裂，常温时断裂。
在一种优选的实施方式中，第一基板100外侧设有石墨烯复合玻璃纤维层600。
石墨烯复合玻璃纤维层是指玻璃纤维中混有石墨烯颗粒，石墨烯颗粒能够对太阳辐射起到反射作用，具有提高反射率和节能的作用。
在一种优选的实施方式中，如图4所示，第一基板100和第二基板200之间设有均匀分布的间隔板700。
通过设置间隔板能够进一步增强基板之间的刚性和强度。
在一种优选的实施方式中，如图4所示，第一基板100外侧设有锯齿状的反射槽110。
通过设置锯齿状的反射槽能够进一步增强绝热板表面对太阳辐射的反射，减少绝热板对太阳辐射的吸收。
根据本实用新型的第二个方面，提供了一种包括上述纳米二氧化硅气凝胶绝热板的建筑墙体。建筑墙体具有和所述纳米二氧化硅气凝胶绝热板相同的优势，建筑墙体通过使用该绝热板保温隔热性能优良、耐老化且不易开裂。
以下实施例中，二氧化硅气凝胶可以是现有的气凝胶，也可由水玻璃和硅溶胶为基本原料制备得到。各实施例采用同一产品或同一制备方法得到的气凝胶，二氧化硅气凝胶保温层由二氧化硅气凝胶颗粒和粘结剂构成，厚度为10mm。水凝胶采用高分子水凝胶，如环糊精通过交联反应获得的环糊精水凝胶。
实施例1
一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，从上到下依次设置有第一基板、第一水凝胶缓冲层、二氧化硅气凝胶保温层、第二水凝胶缓冲层和第二基板，之间用粘结剂进行连接。
第一基板和第二基板均选用纤维密度板；粘结剂选用环氧树脂类结构胶。
性能检测：
1、采用GB/T10295-2008，检测该绝热板的导热系数为0.015(W/m·k)；
2、采用保温建材国标GB8624-2012，检测该绝热板为B1级阻燃；
3、抗压强度的检测为2.5Mpa，抗拉强度的检测为1.8Mpa。
实施例2
一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，从上到下依次设置有第一基板、第一阻燃层、第一水凝胶缓冲层、二氧化硅气凝胶保温层、第二水凝胶缓冲层、第二阻燃层和第二基板，之间用粘结剂进行连接。
第一基板和第二基板均选用硅酸钙板；粘结剂选用丙烯酸酯类结构胶；第一阻燃层和第二阻燃层材料均选用白炭黑。
性能检测：
1、采用GB/T10295-2008，检测该绝热板的导热系数为0.016(W/m·k)；
2、采用保温建材国标GB8624-2012，检测该绝热板为A级阻燃；
3、抗压强度的检测为2.4Mpa，抗拉强度的检测为1.6Mpa。
实施例3
一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，从上到下依次设置有第一基板、第一水凝胶缓冲层、第一纤维网格布层、二氧化硅气凝胶保温层、第二纤维网格布层、第二水凝胶缓冲层和第二基板，之间用粘结剂进行连接。
第一基板和第二基板均选用石膏板；粘结剂选用聚氨酯类结构胶；第一纤维网格布层和第二纤维网格布层均为玻璃纤维网格布。
性能检测：
1、采用GB/T10295-2008，检测该绝热板的导热系数为0.018(W/m·k)；
2、采用保温建材国标GB8624-2012，检测该绝热板为B1级阻燃；
3、抗压强度的检测为2.9Mpa，抗拉强度的检测为2.0Mpa。
实施例4
一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，从上到下依次设置有第一基板、第一阻燃层、第一水凝胶缓冲层、第一纤维网格布层、二氧化硅气凝胶保温层、第二纤维网格布层、第二水凝胶缓冲层、第二阻燃层和第二基板，之间用粘结剂进行连接。
第一基板和第二基板均选用纤维密度板；粘结剂选用聚氨酯类结构胶；第一阻燃层和第二阻燃层材料均选用白炭黑；第一纤维网格布层和第二纤维网格布层均为玻璃纤维网格布。
性能检测：
1、采用GB/T10295-2008，检测该绝热板的导热系数为0.016(W/m·k)；
2、采用保温建材国标GB8624-2012，检测该绝热板为A级阻燃；
3、抗压强度的检测为2.8Mpa，抗拉强度的检测为2.1Mpa。
实施例5
一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，第一基板100外侧还设有石墨烯复合玻璃纤维层600，其他结构与实施例1相同。
性能检测：
1、采用GB/T10295-2008，检测该绝热板的导热系数为0.013(W/m·k)；
2、采用保温建材国标GB8624-2012，检测该绝热板为B1级阻燃；
3、抗压强度的检测为2.4Mpa，抗拉强度的检测为1.9Mpa。
实施例6
一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，第一基板100外侧还设有锯齿状的反射槽110，其他结构与实施例5相同。
性能检测：
1、采用GB/T10295-2008，检测该绝热板的导热系数为0.011(W/m·k)；
2、采用保温建材国标GB8624-2012，检测该绝热板为B1级阻燃；
3、抗压强度的检测为2.5Mpa，抗拉强度的检测为1.9Mpa。
实施例7
一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，第一基板100和第二基板200之间设有均匀分布的间隔板700，其他结构与实施例4相同。
性能检测：
1、采用GB/T10295-2008，检测该绝热板的导热系数为0.015(W/m·k)；
2、采用保温建材国标GB8624-2012，检测该绝热板为A级阻燃；
3、抗压强度的检测为3.1Mpa，抗拉强度的检测为2.3Mpa。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，包括第一基板(100)、第二基板(200)以及位于所述第一基板(100)与所述第二基板(200)之间的二氧化硅气凝胶保温层(320)；
所述第一基板(100)与所述二氧化硅气凝胶保温层(320)之间设有第一水凝胶缓冲层(310)；所述第二基板(200)与所述二氧化硅气凝胶保温层(320)之间设有第二水凝胶缓冲层(330)。
2.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述第一基板(100)为纤维密度板、水泥板、硅酸钙板或石膏板；和/或，所述第二基板(200)为纤维密度板、水泥板、硅酸钙板或石膏板。
3.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述第一水凝胶缓冲层(310)和所述第二水凝胶缓冲层(330)均为纳米凝胶缓冲层。
4.根据权利要求3所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述第一水凝胶缓冲层(310)和所述第二水凝胶缓冲层(330)的厚度相同且均为2～5mm；
所述二氧化硅气凝胶保温层(320)的厚度为10～20mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述第一基板(100)与所述第一水凝胶缓冲层(310)之间设有第一阻燃层(410)；所述第二基板(200)与所述第二水凝胶缓冲层(330)之间设有第二阻燃层(420)。
6.根据权利要求1-4任一项所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述第一水凝胶缓冲层(310)和二氧化硅气凝胶保温层(320)之间设有第一纤维网格布层(510)；所述第二水凝胶缓冲层(330)和二氧化硅气凝胶保温层(320)之间设有第二纤维网格布层(520)。
7.根据权利要求1-4任一项所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述第一基板(100)外侧设有石墨烯复合玻璃纤维层(600)。
8.根据权利要求1-4任一项所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述的第一基板(100)和第二基板(200)之间设有均匀分布的间隔板(700)。
9.根据权利要求1-4任一项所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板，其特征在于，所述第一基板(100)外侧设有锯齿状的反射槽(110)。
10.一种包括权利要求1-9任一项所述的纳米二氧化硅气凝胶绝热板的建筑墙体。
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