[发明专利]一种真空绝热板用的复合芯材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空绝热板用复合芯材及其制备方法。

背景技术

目前针对冰箱，冷柜等应用场合，出现了一种新型的保温绝热材料，一般称之为VIP板，其结构为一层有机物-铝复合箔包裹一种芯材，以维持该芯材处于真空状态。利用此结构抑制对流，从而获得比常规保温材料优越的多的保温性能。对于芯材的选取，目前已有多个专利提出了不同的方案：1，开孔聚氨酯，参见中国专利00106049.X号《制造真空绝热材料芯的方法》。2，无机纤维毡，参见中国专利200410058742.6号《用于真空绝热材料的芯材料的生产方法》。3，硅酸钙晶体，参见中国专利94191333.3号《真空绝热材料及其施工方法》。

上述这些专利技术所涉及的芯材，均有一个共同的特点，既需要的真空度比较高，一般来说，只有当真空度达到1Pa以下时，上述芯材才能发挥最佳性能。这是因为，上述芯材内部结构中所含孔隙的平均直径，均为微米级，根据相关理论，真空绝热材料的芯材所需要的真空度，是和芯材的孔隙平均直径负相关的。即芯材的孔隙平均直径越大，对真空度的要求越高。然而，1Pa甚至更高的真空度不但难以获得，而且难以保持，严重影响到了真空绝热材料的寿命，并且对包裹材料提出了苛刻的要求。

在考察了各种可能作为芯材的材料后，发明人注意到二氧化硅气凝胶具有很低的密度和很小的孔隙平均直径(一般来说，在50-70nm，即5×10^-8-7×10^-8米)，约为现有各种芯材的1/20。因此，二氧化硅气凝胶是一种潜在的性能优越的芯材材料。

进一步的研究表明，二氧化硅气凝胶不适宜直接用作真空绝热材料的芯材，这主要是由于其具有高度的脆性，目前对于如何改善气凝胶的脆性，比较广泛的做法是掺入纤维等增强体。但是现有的技术注重于气凝胶在非真空应用环境下的高温隔热性能，因此掺入的纤维往往具有较高的堆积密度从而达到反辐射的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空绝热板用硅气凝胶复合芯材。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种真空绝热板用复合芯材，其构成主要包括二氧化硅，辐射阻隔剂钛白粉或碳黑，低堆积密度的增强颗粒，三者的重量份比为1∶0.1-0.5∶1-6，增强颗粒体积密度低于0.05g/cm³。

优选地，所述低堆积密度的增强颗粒选自蛭石颗粒、气相二氧化硅颗粒、膨胀珍珠岩颗粒、雪硅钙石晶体中的一种或多种；更优选地，所述低堆积密度增强颗粒为膨胀珍珠岩颗粒。

本发明的另一目的是提供一种制备上述真空绝热板用复合芯材的方法。

一种制备如上所述的真空绝热板用复合芯材的方法，主要包括如下步骤：(1)硅溶胶配制：以含硅化合物为原料，加入水或乙醇作为溶剂，再依次加入酸性或/和碱性催化剂，通过溶胶-凝胶法制备硅溶胶；(2)制作增强体：将钛白粉或碳黑与低堆积密度的增强颗粒混合均匀，然后通过模具压制的方法得到分布均匀、板状的、体积密度低于0.12g/cm³的增强体；(3)浸渗：将硅溶胶通过真空浸渗和压力浸渗工艺浸入增强体中；(4)老化：在0℃-50℃中静置2小时-3天，等待溶胶固化成凝胶并老化；(5)干燥：通过步骤(4)得到的制品通过超临界流体干燥处理。

优选地，所述含硅化合物为正硅酸乙酯或水硅溶胶或水玻璃；所述酸性催化剂为硝酸或盐酸或醋酸；所述碱性催化剂为氨水。

所述步骤(1)硅溶胶配制为：首先将正硅酸乙酯、乙醇溶剂混合搅拌均匀后，再将去离子水和酸性催化剂滴加进去，充分搅拌均匀，即得到硅溶胶，其中，正硅酸乙酯∶乙醇溶剂∶去离子水∶酸性催化剂摩尔比为1∶3-30∶1-3∶0.003-0.05；然后滴加碱性催化剂并添加体积为上述去离子水体积2倍的去离子水，充分搅拌均匀，即得到可控制凝胶速度的硅溶胶，其中，正硅酸乙酯∶碱性催化剂摩尔比为1∶0.003-0.05。

所述步骤(1)硅溶胶配制为：根据对凝胶时间的需求，将适量的40％浓度水硅溶胶倒入一定量的pH值范围为1-4，纯度为80-100％的酸性乙醇中，即得到可控制凝胶速度的硅溶胶，其中，水硅溶胶∶乙醇体积比为1∶3-15。