[发明专利]一种无机纳米粉末复合绝热毡及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无机纳米粉末复合绝热毡及其制备方法，所述绝热毡由无机纤维和无机纳米粉末混合制成，且绝热毡为均匀分布有纳米孔的网格结构。该绝热毡是一种隔热性能优异的隔热卷材，其孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程，能有效避免空气的对流传热，而无机纳米粉末极低的体积密度及纳米网格结构的弯曲路径也阻止了气态和固态热传导，趋于“无穷多”的空隙壁可以使热辐射降至最低，将其应用在隧道隔热结构中，能避免其高地温环境会对隧道工程产生各种不利的危害和影响。

技术领域

本发明涉及隧道隔热技术领域，具体涉及一种无机纳米粉末复合绝热毡及其制备方法。

背景技术

根据我国地热和地下热水分布规律，西藏、云南、新疆西部和台湾是高温(＞150℃)地热地区，因此，未来在川藏线、滇藏线、甘藏线等铁路建设，滇西、川西等地区高速公路建设中，势必会出现越来越多的高地温隧道。目前即将开工的川藏铁路所经的藏东南地区是属地中海-南亚地热异常带的主要组成部分，沿线地温高，表现为高岩温与高水温，属大气降水深循环型的水热对流型热水系统。全线有50余个对线路影响的高温热泉，沿线高地温和高温热水主要分布在康定-新都桥、理塘-巴塘、金沙江一带、左贡-东村，其中，康定榆林宫温泉呈高温蒸汽形式喷出，高温蒸汽最高可到210℃，在铁路隧道工程领域举世罕见。其中，川藏线拉林段隧道施工中揭示地温高达65～89.9℃。

高地温环境会对隧道工程产生各种不利的危害和影响。一方面，由于温度的不均匀分布，在衬砌结构中会产生温度应力，从而降低了隧道衬砌结构体系的承载能力和耐久性；另一方面，由于高地温的环境，在围岩内外的温差产生了温度场，温度场产生的拉应力值大，如将其作为不可消除荷载，结构所需的钢筋量也十分大，但实际在温度作用下配置大量的钢筋并不能抑制混凝土自身收缩而产生的裂缝。所以，对于高地温隧道结构的隔热研究显得尤为重要，但是目前隔热材料的隔热效果并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机纳米粉末复合绝热毡及其制备方法，用于对高地温隧道结构的隔热，避免其高地温环境会对隧道工程产生各种不利的危害和影响。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种无机纳米粉末复合绝热毡，所述绝热毡由无机纤维和无机纳米粉末混合制成，且绝热毡为均匀分布有纳米孔的网格结构，网格结构具有“无穷多”的空隙壁，无机纳米粉末极低的体积密度及纳米网格结构的弯曲路径也阻止了气态和固态热传导，趋于“无穷多”的空隙壁可以使热辐射降至最低。

进一步改进在于，所述纳米孔的孔径低于常压下空气分子平均自由程，有效避免空气的对流传热。

进一步改进在于，所述无机纳米粉末选自MgO、ZnO、CuO、SiO₂、Al₂O₃、TiC₂、SiC或TiB₂中的一种或多种。

进一步改进在于，所述无机纤维选自玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维或陶瓷纤维中的一种。

一种无机纳米粉末复合绝热毡的制备方法，步骤包括

(1)将无机纤维进行表面活化处理，处理后与无机纳米粉末混合，打浆，并利用超声波分散处理得到均匀混合物；

(2)将混合物真空脱水，再加压成型，然后在保护气氛中进行固化，即得到均匀分布有纳米孔的网格结构绝热毡。

进一步改进在于，所述表面活化处理是指采用质量浓度为20～45％的氢氟酸,在40～75℃温度下对无机纤维进行氧化刻蚀0.5～3h，增加纤维表面极性和粗糙度，由此增加无机纤维和无机纳米粉末之间的相容性。

进一步改进在于，所述超声波分散处理的功率为200W～400W，处理时间为15～20min，超声处理能使无机纳米粉末在无机纤维中均匀分散开来。