[发明专利]一种具有两相海岛结构的柔弹性气凝胶复合隔热材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有两相海岛结构的柔弹性气凝胶复合隔热材料及其制备方法，该材料包括陶瓷纳米纤维三维柔弹性网络支架以及SiO₂气凝胶纳米颗粒，SiO₂气凝胶纳米颗粒以非连续相的形式附着于陶瓷纳米纤维上或不完全填充于陶瓷纳米纤维三维柔弹性网络支架内；该方法包括以下步骤：(1)取陶瓷纳米纤维三维柔弹性网络支架浸入SiO₂溶胶中，取出后静置，SiO₂溶胶在陶瓷纳米纤维三维柔弹性网络支架中发生凝胶化，制得复合凝胶块；(2)对所得复合凝胶块进行老化处理，再经超临界干燥，即得目的产物。与现有技术相比，本发明材料可承受较大的形变而不发生脆性断裂，具有优异的可弯折性及压缩回弹性，具有较低的导热系数，厚度较大，可应用于大型设备隔热领域。

技术领域

本发明属于气凝胶材料技术领域，涉及一种具有两相海岛结构的柔弹性气凝胶复合隔热材料及其制备方法。

背景技术

氧化硅(SiO₂)气凝胶由于具备纳米孔结构、较高的孔隙率和超低的导热系数，被认为是最具前景的“超级绝热材料”，但是气凝胶本身的三维多孔珠链状结构使得其脆性大、稳定性差，无法满足应用需求。与气凝胶相比，纤维类隔热材料的机械性能较为优异，但由于材料内部存在大量相互连通的孔结构，导致其导热系数较高。研究表明，将SiO₂气凝胶纳米颗粒引入纤维类隔热材料中，通过构建多级孔道结构，引入大量纳米级孔隙，减小纤维间的直接接触，降低固体传热，同时有效抑制气体传热，使复合材料兼具气凝胶和隔热纤维的优势，获得低导热系数、高力学强度的高效复合隔热材料。目前广泛使用的气凝胶复合隔热材料中，纤维基体主要为无机微米纤维毡或预制件，由于无机纤维固有的脆性，形成的气凝胶复合材料柔性和曲面贴合性较差，同时由于纤维直径与气凝胶颗粒及孔隙结构存在较大差别，在二者的结合界面易产生开裂，影响复合材料的强度和结构稳定性，在实际应用中还存在粉体易脱落、抗震性差的问题。

当纤维直径与组成纤维的晶粒尺寸在纳米级别时，无机纤维会具有类似聚合物和金属的变形能力，获得一定的柔性，有望提升复合材料的曲面贴合性和折叠性，同时减小气凝胶与纤维间界面结合的缺陷，改善复合材料的掉粉现象。公开号为CN201310301788.5的中国发明专利申请提供了碳化硅纤维毡增强的SiO₂气凝胶复合材料的制备方法，利用静电纺丝技术结合先驱体转化法制备富碳碳化硅微纳米陶瓷毡，通过浸渗工艺将其进入溶胶中，经过凝胶、陈化、老化、溶剂置换、超临界干燥等工艺后，得到碳化硅纤维毡增强的SiO₂气凝胶复合材料。公开号为CN202110029140.1的中国发明专利申请提供了纤维复合气凝胶材料及其制备方法和应用，采用底注式负压浸渍法使静电纺柔性SiO₂纳米纤维膜被硅溶胶充分浸渍，经凝胶、老化、干燥处理后制备复合气凝胶材料。上述方法制备出的复合材料中纤维包埋固结于气凝胶颗粒形成的连续相中，纤维与气凝胶颗粒间产生了牢固的界面结合，严重阻碍了外力作用下纤维沿应力方向的滑移，且由于气凝胶固有的刚性结构，使得材料整体形变能力较差，易发生脆性断裂。同时这些复合材料的厚度有限(通常小于1cm)，限制了其在航天器、大功率发动机等大型设备隔热领域的应用前景。

因此需要开发一种具有优异柔性和弹性的气凝胶复合三维隔热材料，以满足高效隔热领域的实际应用需求。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种具有两相海岛结构的柔弹性气凝胶复合隔热材料及其制备方法，以克服现有技术中气凝胶复合隔热材料柔性较差、弹性较差或厚度难以有效提升等缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种具有两相海岛结构的柔弹性气凝胶复合隔热材料，该复合隔热材料包括陶瓷纳米纤维三维柔弹性网络支架以及SiO₂气凝胶纳米颗粒，所述SiO₂气凝胶纳米颗粒以非连续相的形式附着于所述陶瓷纳米纤维三维柔弹性网络支架的陶瓷纳米纤维上或不完全填充于所述陶瓷纳米纤维三维柔弹性网络支架内。