[发明专利]一种复合纤维增强气凝胶毡及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合纤维增强气凝胶毡的制备方法，取正硅酸酯、乙醇和水混合均匀后，依次加入NH₄F溶液和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；将柔性纤维网胎和硅酸铝纤维网胎在X‑Y平面层叠后通过Z向针刺柔性纤维连接得到复合纤维毡体，将复合纤维毡体在二氧化硅溶胶中浸胶处理，浸渍后在30～60℃下静止老化8～24 h，置于无水乙醇中进行溶剂置换，除去纤维毡‑凝胶复合体中多余的水分，干燥得到所制备的复合纤维增强气凝胶毡。本发明解决了硅酸铝纤维毡的抗拉性能及脆性大的缺点，在浸胶过程中能够保证复合纤维毡体的结构完整性，提高了浸胶过程的操作方便程度，制备的复合纤维增强气凝胶毡具备一定的柔性，扩大了其在隔热保温领域的应用范围。

技术领域

本发明属于气凝胶毡制备技术领域，具体涉及一种复合纤维增强气凝胶毡的制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构，因其具有特殊的纳米级微孔和骨架结构而使其热导率效率、对流传热效率和辐射传热效率都得到了有效的限制，所以气凝胶具有非常低的导热系数，是目前世界上导热系数最低的固体材料。并且其材料组成为无机物，属于A级不燃材料，这种材料可以代替现有有机类保温材料在工业建筑保温系统中的应用。但是由于纯的气凝胶的机械强度低、韧性差，这导致气凝胶材料尺寸稳定性较差，限制了其在施工上的可操作性和应用。为了解决此类问题，目前生产上多采用纤维增强的气凝胶毡，如陶瓷纤维毡、玻璃纤维毡、岩棉纤维毡等。由于玻璃纤维毡良好的力学柔韧性，得到了生产及隔热保温领域的广泛关注与使用。但是鉴于玻璃纤维增强气凝胶的耐温性最高只能到达600℃，并不能满足高温技术领域对隔热保温性能的需求。

陶瓷纤维增强二氧化硅气凝胶毡鉴于陶瓷纤维良好的耐高温性能，使其在高温领域的应用得到广泛关注。但是受制于陶瓷纤维抗拉性能差、回弹性差的缺点，在纤维毡浸胶过程中容易造成纤维的断裂，进而影响毡体的隔热性能。为了进一步克服陶瓷纤维毡在实际应用中抗拉性及回弹性差的问题，本发明旨在通过采用对陶瓷纤毡体进行设计，以便增强其力学柔韧性，从而保证其在生产、应用过程中纤维增强气凝胶毡的性能稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中硅酸铝纤维抗拉性能较差、进而影响纤维增强气凝胶毡体隔热保温性能的问题，提供一种复合纤维毡增强气凝胶的制备方法。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种复合纤维增强气凝胶毡，包括复合纤维毡体和气凝胶，所述复合纤维毡体由柔性纤维网胎和硅酸铝纤维网胎在X-Y平面层叠后通过Z向针刺柔性纤维连接得到，所述气凝胶为二氧化硅气凝胶。

所述柔性纤维网胎和硅酸铝纤维网胎为短切纤维梳理成网网胎或气流成网网胎，所述柔性纤维为玻璃纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、生物质纤维中的一种。

所述的复合纤维增强气凝胶毡的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

（1）取正硅酸酯、乙醇和水混合均匀，之后依次加入NH₄F溶液和氨水搅拌均匀，得到二氧化硅溶胶；其中，以摩尔比计，正硅酸酯：乙醇：水 = 1：（4～12：（2～4）；NH₄F溶液的加入量以摩尔比计，NH₄F：正硅酸酯 =（0.002～0.01）：1；氨水的加入量以摩尔比计，NH₃：正硅酸酯 =（0.005～0.015）：1；

（2）将X-Y平面薄层的柔性纤维网胎和硅酸铝纤维网胎，按照柔性纤维网胎-硅酸铝纤维网胎-柔性纤维网胎-硅酸铝纤维网胎-......柔性纤维网胎的方式沿Z向交替层叠铺设，相邻的薄层网胎之间通过Z向针刺柔性纤维连接，得到复合纤维毡体；

（3）将步骤（2）所得到的复合纤维毡体在步骤（1）所得的二氧化硅溶胶中浸胶处理，浸渍后在30～60 ℃下静止老化8～24 h；