[发明专利]一种高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高弹低热导率气凝胶隔热片及其制备方法。其特征在于：以纤维毡或纤维纸为基体，基体中负载高强高弹低热导率氧化硅气凝胶形成复合材料，基体和气凝胶均为连续相。以甲基三甲氧基硅烷为硅源、去离子水为溶剂，通过加入尿素和表面活性剂促进一步碱催化反应形成均相溶液，将得到的溶液浸渍在纤维基体中，在50～60℃反应得到纤维增强湿凝胶，经过清洗表面活性剂、溶剂置换和干燥得到一种高强高弹低热导率气凝胶隔热片。本发明所采用的超临界干燥工艺简单、成本低、环境污染物少，有利于大规模工业化生产，所制备的高强高弹低热导率气凝胶隔热片具有良好的力学性能和疏水性能，可用于低温环境、低温设备的隔热保温以及水处理等领域。

技术领域

本发明属于新材料的制备领域，涉及一种高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片及其制备方法。

背景技术

氧化硅气凝胶是一种性能优异的隔热材料，其典型热导率低于0.02W/(m·K)，在航空航天、石油化工、新能源、节能建筑等领域有良好的应用表现。尽管氧化硅气凝胶在许多方面具有优异的性能，但由于氧化硅气凝胶力学性能差(具体表现为强度低、脆性大、产品掉粉掉渣)、疏水性能差的问题，极大地限制了其应用，因此氧化硅气凝胶隔热材料产品大多以玻纤毡为增强材料，与氧化硅气凝胶复合形成复合材料制品，但仍然无法解决气凝胶隔热材料强度低、产品掉粉以及疏水性不良的问题。近年来，研究人员对氧化硅基气凝胶进行了大量研究，可以解决传统氧化硅气凝胶力学性能及疏水性差的问题，但氧化硅气凝胶大多通过有机成分掺杂和调整孔结构的方式实现，这导致氧化硅气凝胶抗压强度低和隔热性能明显低于传统氧化硅气凝胶，而且有机成分的引入使得氧化硅气凝胶使用温度不高，且一经热环境处理，氧化硅气凝胶的疏水性就会降低或者丧失。因此，国内外具有实际应用价值的气凝胶基纳米多孔隔热材料通常都采用纤维增强的办法，如用于航天飞机表面热防护的陶瓷刚性隔热瓦，但是在使用条件苛刻以及使用寿命短的问题，因而纤维基体的选择仍是较大的问题。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片，本发明的另一目的是提供上述高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片的制备方法。

本发明的技术方案为：为了改进现有SiO₂气凝胶隔热材料的不足，本发明通过硅基前驱体官能度调控实现“弹性”，通过非溶剂形成的乳液高速搅拌形成均相溶液调控优化孔结构提升隔热性能，通过催化剂体系调控反应动力学调控优化凝胶网络结构提升隔热和力学性能，通过甲基改性优化其疏水性能，实现了一种高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片。该氧化硅气凝胶隔热片具有良好的力学性能，不仅具有高的可逆压缩形变，而且具有高的抗压强度，解决了传统氧化硅气凝胶力学性能差(强度低、脆性大、掉粉掉渣)的问题，同时具有良好的疏水性能。该氧化硅气凝胶隔热片还具有良好的隔热性能和耐温性，并且具有良好的超疏水性能，解决了传统氧化硅气凝胶强度低、热导率高以及疏水性差等问题。

本发明的具体技术方案为：一种高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片，其特征在于：以纤维毡或纤维纸为基体，基体中负载高强高弹低热导率氧化硅气凝胶形成复合材料，基体和气凝胶均为连续相。

上述的高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片的特征如下：可逆压缩形变为45～70％，相应抗压强度1.2～2.0MPa；其300℃热处理20min失重5％～8％，线收缩0.5％～1％；600℃热处理20min失重8％～15％，线收缩1.5％～3％；800℃热处理20min失重15％～20％，线收缩3％～5％；其常温常压热导率为0.012～0.016W/(m·K)；其水接触角为145°～151°；其密度为0.085～0.121g/cm³。

优选所述的纤维毡或纤维纸的成分为预氧丝、氧化硅、高硅氧或陶瓷。

本发明还提供制备上述的高强高弹低热导率氧化硅气凝胶隔热片的方法，其具体步骤如下：