[发明专利]一种高性能隔热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料领域，具体地说，本发明涉及一种纤维增强型气凝胶隔热材料及其制备方法。

背景技术

随着人类经济生活的迅速发展，人类对能源的需求越来越大。但是目前人类使用的能源主要为不可再生能源，能源短缺成为制约人类发展的重要障碍。因此，降低能耗、节约能源成为人类需要共同努力的目标。

隔热材料技术是一项非常高效、低成本的节能技术，在诸多领域有重要用途。如在建筑领域，隔热材料的使用能降低因使用空调制冷或暖气加热导致的能源消耗；在冶炼工业领域，纤维增强型气凝胶隔热材料的使用除了降低能源消耗外，还将使工业炉炉温稳定，有利于提高熔炼工艺过程的可控性。另外，在航天、航空等领域，纤维增强型气凝胶隔热材料在某些特殊使用环境下甚至对保障产品性能起到决定性的作用。

气凝胶被称为“固体烟”，是目前发现的一类最高效的隔热材料。它由纳米胶体粒子或高聚物分子构成的轻质、非晶、多孔性凝聚态固体材料，其颗粒尺寸介于1～100nm之间，属于纳米材料的范畴。气凝胶具有独特的开放性多孔结构和连续三维网络，具有极低的密度、高比表面积和高孔隙率。由于气凝胶的孔径(＜50nm)小于空气分子的平均自由程(～70nm)，可以最大限度地抑制气体对流，因而具有极低的气态热传导；同时由于气凝胶具有极高的孔隙率，其中固体所占的体积比很低，固态热传导也很低。

气凝胶材料用作隔热材料已经有许多领域得到应用。美国NASA将气凝胶作为超级隔热材料应用于火星探测器上；俄罗斯的“和平”号空间站也使用二氧化硅气凝胶作用热防护材料。中国专利CN1557778A、CN1335805A、CN1196036A、CN1592651A均报道了气凝胶材料，其中，气凝胶的制备方法均采用溶胶-凝胶法，并通过纤维复合使气凝胶材料力学性能和使用性能得到提高，在隔热领域有很大的应用前景。

就目前而言，大多数气凝胶材料使用温度都不高(不超过800℃)。炭气凝胶材料虽然可以耐高/超高温，但是，该材料在高温下在空气中容易氧化，从而导致隔热性能下降。

发明内容

本发明提供了一种纤维增强型气凝胶隔热材料及该材料的制备方法。该材料为高温下(1000℃～1200℃)具有优良隔热性能的轻质气凝胶复合隔热材料。该材料制备方法简单、成本低、性能优越，有望在多种高温工作环境下得到应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

1.一种纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述纤维增强型气凝胶隔热材料包含二氧化硅气凝胶和纤维材料，所述二氧化硅气凝胶以二氧化硅水溶胶为原料，通过添加催化剂来制备。

2.如技术方案1所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述催化剂选自盐酸、氢氟酸、氨水和氟化铵水溶液组成的组中的一种或两种以上的组合。

3.如技术方案1或2所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述纤维材料为选自由下列纤维材料组成的组中的一种或者两种以上的组合：石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、碳纤维、玻璃纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维；另外优选的是，所述纤维材料选自如下纤维材料组成的组中的一种或者多种的组合：石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、碳纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维和氮化硼纤维。

4.如技术方案1～3中任一项所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述纤维材料的体积密度为0.005g/cm³～1.00g/cm³，优选为0.01g/cm³～0.30g/cm³。

5.如技术方案1～4中任一项所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述纤维材料为连续纤维材料或短纤维材料。

6.如技术方案1～5中任一项所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述纤维材料为连续纤维材料的有序组合体或短纤维材料的有序组合体。

7.如技术方案1～6中任一项所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述纤维增强型气凝胶隔热材还包含红外遮蔽材料；优选的是，所述红外遮蔽材料为具有红外反射特性的功能性材料或者具有红外辐射特性的功能性材料。

8.如技术方案7所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述红外遮蔽材料用作涂层或者填料。

9.如技术方案7或8所述的纤维增强型气凝胶隔热材料，其中，所述红外遮蔽材料选自由下列材料组成的组中的一种或多种的组合：氧化锆、碳化硅、二氧化钛、三氧化二铁、炭黑和碳纤维。