[发明专利]一种蜂窝状纳米孔结构复合隔热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝状纳米孔结构复合隔热材料及其制备方法。相比于其它方法合成的玻璃纤维复合隔热材料，使用本发明制备的复合隔热材料的纳米颗粒不易脱落，导热系数更低，大幅提升了复合隔热材料的结构稳定性和力学性能。

所属技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，涉及一种蜂窝状纳米孔结构复合隔热材料及其制备方法。

背景技术

超细玻璃纤维属于一种性能优异的棉絮状多孔非金属材料，具有绝热吸音性能优异、质轻、电绝缘性好、抗震、耐温、A级不燃和耐化学腐蚀性强等特点。目前超细玻璃纤维已广泛应用于建筑、交通运输工具、核电和家电冷藏等的绝热材料领域。作为一种新型多孔功能材料，气凝胶内部结构的孔隙和固体相颗粒均是纳米量级，因此具有高孔隙率、低热导率、高比表面积、低介电常数和材质半透明等优异性能，在超级绝热材料领域有巨大的应用前景。如何将超细玻璃纤维与气凝胶纳米颗粒复合，在纤维中有效引入大量的纳米级孔隙制备多级孔隙结构的纤维/纳米颗粒复合材料，如何让所得材料具有稳定的蜂窝状纳米孔结构，形成纤维紧密缠结形成了致密的堆积状态，从而大幅提升了材料的结构稳定性和力学性能，这些都是目前隔热材料的研究重点。

公开号为CN108793944A一种耐高温玻璃纤维增强气凝胶复合毡及其制备方法的专利中，公开了一种耐高温玻璃纤维增强气凝胶复合毡及其制备方法,由热熔层和复合芯材经真空封装而成,热熔层为玻璃纤维外壳,热熔层中孔隙率沿复合毡厚度方向呈梯度分布,复合芯材为超细玻璃纤维增强气凝胶,复合芯材中气凝胶颗粒体积含量沿复合毡厚度方向也呈梯度分布,本发明采用双层结构,外壳采用孔隙梯度分布的热熔层,外表面致密,可有效保持内部真空,同时防止气凝胶颗粒在使用过程中出现掉粉掉渣的现象且气凝胶颗粒在纤维内部呈梯度分布,表面采用热熔层进行保护,有效防止气凝胶颗粒在高温环境下失效,影响其保温隔热性能,整体真空封装,极大降低了材料的导热系数。

公开号为CN105819823B一种二氧化硅气凝胶与玻璃纤维毡复合材料的制备方法的专利中，公开了一种二氧化硅气凝胶与玻璃纤维毡复合材料的制备方法,包括以下步骤：将玻璃纤维毡以成卷的形式或者平铺的形式放置于合适的容器中；二氧化硅气凝胶溶胶-凝胶过程采用酸催化水解和氟离子催化缩聚的新型“两步催化法”；将配置好的溶胶-凝胶前驱体溶液注入铺覆好的玻璃纤维毡中,排尽玻璃纤维毡中的空气,使玻璃纤维毡中的空隙充满溶胶-凝胶前驱体溶液；溶胶-凝胶前驱体溶液在玻璃纤维毡的空隙中凝胶,得到玻璃纤维毡凝胶复合材料,将凝胶好的玻璃纤维毡复合材料重新收卷；将重新收卷后的玻璃纤维毡与二氧化硅凝胶复合材料在六甲基二硅氮烷的乙醇溶液中改性,凝胶复合材料经超临界流体干燥后得到二氧化硅气凝胶与玻璃纤维毡复合材料。

公开号为CN108569912A一种疏水型二氧化硅气凝胶复合纤维毡材料的制备方法的专利中，公开了一种疏水型二氧化硅气凝胶复合纤维毡材料的制备方法,它包括将正硅酸乙酯、乙醇、水和酸催化剂混合,得到二氧化硅溶胶；碱催化剂加入硅溶胶中,搅拌均匀,将其倒入纤维毡(陶瓷、玻璃纤维毡)中浸没,静置,得到凝胶复合材料,将在纤维毡内凝胶的复合材料置于母液中老化一定时间后进行溶剂交换,得到复合材料,复合材料浸入含有一定浓度的表面改性剂的溶液中静置改性,然后将复合材料进行常压干燥得到疏水型二氧化硅气凝胶复合纤维毡材料。本发明工艺简单、生产周期短、成本较低、对设备要求不高、产品性能优异、制备的复合材料具有超疏水性能、强吸附性、低导热系数等性能。

上述所公开的三个发明专利中，气凝胶纳米颗粒与纤维间仅通过分子间作用力结合，使负载于纤维上的纳米颗粒在使用过程中易脱落，从而导致材料脆性大、不耐振动、无回弹性。同时，高浓度的纳米颗粒易在纤维表面发生团聚，导致其有效比表面积下降且纤维变脆。因此，针对气凝胶纳米颗粒如何在超细玻璃纤维棉内部网络结构均匀分布，并与纤维形成较强的结合力的问题，将超细玻璃纤维和气凝胶纳米颗粒有机结合形成均匀稳定的表观结构，是当前制备导热系数低、力学性能优异与结构稳定的复合隔热材料亟待解决的问题。

发明内容