[发明专利]一种碳气凝胶保温隔热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于保温隔热材料领域，特别涉及一种碳气凝胶保温隔热材料及其制备方法。

 

背景技术

上世纪90年代，美国国家航空航天局(NASA)的科研人员为解决航天飞行器传热控制问题而研发采用的一种新型太空绝热反射瓷层(Therma-Cover)，该材料是由一些悬浮于惰性乳胶中的微小陶瓷颗粒构成的，它具有高反射率、高辐射率、低导热系数、低蓄热系数等热工性能，具有卓越的隔热反射功能。这种高科技材料在国外由航天领域推广应用到民，用于建筑和工业设施中，并已出口到我国，用于一些大型工业设施中。但美中不足的是，该材料昂贵售价实在令国内许多行业望物兴叹，难以承受。

同样美国国家宇航局NASA为解决宇航服隔绝外界高低温而研发制成了新型材料气凝胶，这种材料全称为二氧化硅气凝胶。由于气凝胶具有纳米多孔结构,密度低,空隙率高,比表面积高等特点, 从而使气凝胶具有极低的导热系数,在保温隔热领域具有极具价值的应用潜力。在气凝胶研究中,硅气凝胶为大家共同注目的产品，全世界投入了大量的人力，物力，财力进行研究及应用开发，该产品在许多高科技领域得到了应用，但其居高不下的价格，依然无法在一般工业应用上推广。

 

发明内容

为解决以上技术问题，本发明针对现有技术中硅气凝胶价格昂贵,而普通保温隔热材料导热系数大等问题，提供一种碳气凝胶保温隔热材料及制备方法，该碳气凝胶保温隔热材料导热系数小、价格适中,易于施工和推广，能广泛用于建筑、工业设备和管道保温；制备方法成本低、简单、易于操作。

解决以上技术问题的本发明中的一种碳气凝胶保温隔热材料，由人造无机纤维、碳材料、分散剂和粘接剂组成，其中，各组分的质量份数比例如下：

人造无机纤维       100

碳材料            0-200

分散剂             0.5-2.0

粘接剂             0.5-2.0

上述各组分的质量份数比例可优选如下：

人造无机纤维       100

碳材料            20-80

分散剂             1.0-1.5

粘接剂             1.0-1.5

所述人造无机纤维可选自玻璃纤维、硅酸铝纤维、岩矿棉纤维、氧化铝纤维、含锆纤维、人造莫来石纤维、人造玄武岩纤维、石英玻璃纤维、硼纤维等中的任意一种或几种的混合物。

所述碳材料可选自膨胀石墨、石墨、活性炭、木炭、碳黑等中的任意一种或几种的混合物。

上述分散剂可选自琥珀酸酯磺酸钠、油酸三乙醇胺、椰子油二乙醇酰胺、十二烷基苯聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚,纤维素醚等中的任意一种或几种的混合物。

所述粘接剂可选自聚丙烯酸酯乳液、VAE乳液、醋酸乙烯酯乳液、硅丙乳液、苯丙乳液等中的任意一种或几种的混合物。

本发明中碳气凝胶保温隔热材料，在形态上，可以是粉料，可以是浆料，也可以是毡材或板材。

制备粉状材料的步骤为按配方把各原材料加入干粉混料机中混合均匀，即可。

制备浆料步骤为（1）按配方称量各组份；

（2）在高速搅拌设备中，按照步骤（1）中配方组份总质量的5-100倍加入水；

（3）依次加入粘接剂和分散剂，搅拌20-40min；

（4）再依次加入所述配比的人造无机纤维、碳材料，搅拌20 -50min，制得浆料,即得；

该浆料可以直接使用,现场成型,涂附在设备表面,或做粘接剂使用，在被保温设备使用过程中，设备的高温使材料气凝胶化；

制备毡材或板材所述步骤为：

（1）按配方称量各组份；

（2）在高速搅拌设备中，按照步骤（1）中配方组份总质量的5-100倍加入水；

（3）依次加入粘接剂和分散剂，搅拌20-40min；

（4）再依次加入所述配比的人造无机纤维、碳材料，搅拌20-50 min，制得浆料；

（5）将步骤（4）制得的浆料倒入模具中，通过真空吸附方法脱去水分，或通过放置自然滴去水分，或通过压制脱去水分,成型得到片状材料；

（6）将步骤（5）得到的片状材料烘干，温度100-150℃；

（7）将步骤（6）得到的片状材料在200-300℃膨胀，气凝胶化，即得。