[发明专利]一种A级非燃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种A级非燃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备方法，包括：将水玻璃和水搅拌均匀得到混合液A；以纤维为原料制备纤维毡垫；将混合液A加入搅拌的磷酸中，并测量PH值，达到预定PH值后加入纤维毡垫，压出气泡，加入CaCO₃粉末混合均匀后凝胶得到湿凝胶；将湿凝胶在水浴中进行溶剂交换，然后加入硅烷偶联剂和非极性有机溶剂进行偶联剂改性，改性完成清洗后放入水中浸泡，干燥后得到改性凝胶；将改性凝胶放入马弗炉中进行热处理。本发明提出的A级非燃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备方法，其过程简单，成本低，得到的纤维复合二氧化硅气凝胶材料强度高、韧性好，阻燃隔热保温性能优异。

技术领域

本发明涉及二氧化硅气凝胶制备技术领域，尤其涉及一种A级非燃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着国民总值不断提高，经济社会快速发展，高层建筑如雨后春笋般在中小型城市拔地而起。但是，在经济迅速发展的同时，也为消防工作带来了极大的挑战。在我国的建筑行业中,对外墙保温材料的安全性能要求还没有充分体在相应的标准和规范中,特别是在保温材料的防火性能上一直都没有得到高度的重视，导致建筑物的安全性能方面一直存在较大的隐患。

而同时随着能源危机的加剧，节能减排已成为我国一项非常重要的发展战略。众多能耗中，建筑能耗和工业能耗在国家总能耗中占有很大比例，为了降低能耗，大量隔热材料应用其中。目前市场上，无机隔热材料由于导热系数较高，密度大，疏水性能差等问题应用范围较小，而有机隔热材料虽然占有较大市场，但其易老化和火灾危险性的特性引起了人们的关注。

目前外墙外保温系统的现状是，系统中约80％的主体保温材料为有机可燃材料，而且系统又以防火性能较差的聚苯板薄抹灰系统为主。众所周知，近年来，很多媒体纷纷报道了一系列由于外墙保温材料的防火性能低下而引致的火灾事故，类似事件越来越引起各方关注。从2009年北京央视大楼火灾到2010年上海“11.15”胶州教师公寓火灾再到2011年沈阳万鑫大厦火灾，上述火灾事故均是由于使用各类保温防火性能不过关的外墙保温材料而出现的。由此可知，防火性能良好的外墙保温材料在高层建筑日益崛起的今天，其重要性体现得越来越明显，因此如何进一步的使现有的保温材料的燃烧性能达到A级的阻燃性能，已成为研究热点。

二氧化硅气凝胶是一种具有优异隔热性能和极高孔隙率的非晶固体，被认为是目前绝热性能最佳的固体材料，常温常压下其导热系数低于空气，在隔热材料领域具有广阔的应用前景，然而，二氧化硅气凝胶材料由于干燥过程中巨大的表面张力，机械强度低，使材料本身产生缺陷，加之密度极低，导致二氧化硅气凝胶材料的固有强度低、脆性大以及容易开裂等，且燃烧性能不能达到A级的阻燃性能，限制了其在实际中的使用。目前，虽然已有很多国内外学者及商业机构成功制备出纤维增强SiO₂气凝胶隔热材料，但是由于其制备工艺、成本，燃烧性能及力学性能等的影响，材料在建筑、工业、民用等领域的推广使用仍受到限制。国内企业大多采用超临界干燥法制备玻璃纤维增强SiO₂气凝胶毡垫，导致材料的制备工艺复杂、安全性低，制备成本高。对从国内外购置的SiO₂气凝胶毡垫进行测试，隔热材料主要存在的问题有：1、掉粉问题：毡垫的表层SiO₂气凝胶易脱落，影响工人施工和材料的使用寿命；2、隔热性能：实验测得材料的导热系数在0.0286-0.0488W/(m·K)之间，达不到其宣传值0.025W·m^-1·K^-1以下；3、燃烧性能：实验测得材料的燃烧热值均高于3.0MJ/kg，达不到A级不燃材料的标准。而根据目前研究学者的数据，各类纤维增强SiO₂气凝胶隔热材料中除由纳米纤维增强制备的隔热材料具有极低的导热系数，高力学性能外，其他材料主要存在导热系数较高、材料分层严重、柔韧性差、表征数据不全及应用领域不明确等问题。