[发明专利]一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法。所述方法为：将纳米粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使粉体表面修饰剂包覆在纳米粉体的表面，得原位修饰的粉体；粉体表面修饰剂选自硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶中的一种或多种；将原位修饰的粉体与有机高分子复合，经真空裂解得碳层修饰的粉体；有机高分子为蔗糖溶液和/或聚甲基丙烯酰胺溶液；将碳层修饰的粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料；将混合料进行铺料和模压，制得耐高温纳米隔热材料。本发明方法通过原位修饰包覆纳米颗粒表面，在纳米颗粒之间形成阻隔屏障，表面由惰性碳层隔断，增大了骨架结构高温下发生烧结长大的难度，实现了纳米隔热材料耐温性的提升。

技术领域

本发明涉及功能复合材料技术领域，尤其涉及一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法。

背景技术

目前，纳米隔热材料主要由纳米颗粒、无机纤维和遮光剂等添加物组成，是一种纳米孔结构块体材料，模压成型法是制备纳米隔热材料的主要方法之一，包括的步骤主要有纤维/纳米粉体颗粒的混合、混合物模压成型等步骤。虽然构成隔热材料骨架的纳米颗粒表面活性位点较少，但较小粒径的纳米颗粒(纳米颗粒一次粒径几纳米至几十纳米)在高温下容易发生烧结长大，引起构筑的三维网络骨架发生坍塌破坏，材料性能下降明显，在高温下隔热性能也会发生急剧下降的问题。

目前以纳米二氧化硅颗粒构筑的纳米隔热材料最高耐温不超过1100℃，以纳米氧化铝颗粒构筑的纳米隔热材料最高耐温不超过1200℃，以纳米氧化锆颗粒构筑的纳米隔热材料最高耐温也不超过1200℃。而二氧化硅材料熔点超过1700℃，氧化铝和氧化锆熔点更是在2000℃以上，但由这些材料的纳米颗粒构筑的纳米隔热材料耐温性能却远低于材料的熔点，主要还是由于纳米颗粒高温下发生了烧结长大。因此，抑制纳米颗粒在高温下发生烧结长大现象的发生是提升纳米隔热材料耐温性的有效途径。

针对上述问题，非常有必要提供一种新的耐高温纳米隔热材料及其制备方法。

发明内容

为了解决现有技术中纳米隔热材料存在的耐温性不够的技术问题，本发明提供了一种耐高温纳米隔热材料及其制备方法。

本发明在第一方面提供了一种耐高温纳米隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将纳米粉体与粉体表面修饰剂混合均匀，使得所述粉体表面修饰剂均匀包覆在所述纳米粉体的表面，得到原位修饰的粉体；所述粉体表面修饰剂选自硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、锆溶胶、硅锆溶胶中的一种或多种；

(2)将所述原位修饰的粉体与有机高分子复合，再经真空裂解，得到碳层修饰的粉体；所述有机高分子选自由蔗糖溶液和聚甲基丙烯酰胺溶液组成的组；

(3)将所述碳层修饰的粉体、无机纤维和添加物混合均匀，得到混合料；

(4)将所述混合料进行铺料和模压，制得耐高温纳米隔热材料。

优选地，所述纳米粉体选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化铁中的一种或多种；所述无机纤维为陶瓷纤维，所述陶瓷纤维选自石英纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维中的一种或多种；和/或所述添加物选自碳化硅、钛酸钾晶须、氮化硅、二氧化钛、碳粉中的一种或多种。

优选地，所述纳米粉体的粒径为1～50nm；所述粉体表面修饰剂的粒径为0.5～10nm，和/或所述粉体表面修饰剂的浓度为0.5～5wt％；所述有机高分子的浓度为0.5～10wt％；和/或所述无机纤维的直径为1～10um。

优选地，所述粉体表面修饰剂的用量为所述纳米粉体的用量的1～6wt％。

优选地，所述模压的压强为0.5～20MPa，所述模压的速度为0.1～50mm/s；和/或所述真空裂解的温度为900～1200℃，所述真空裂解的时间为0.5～2小时。