一种含纳米半导体红外遮光剂的气凝胶绝热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含纳米半导体氧化锡锑（ＡＴＯ）或氧化铝锌（ＡＺＯ）红外遮光剂的气凝胶绝热复合材料及其制备方法，该气凝胶绝热复合材料构成包括ＳｉＯ↓［２］气凝胶，红外遮光剂－纳米ＡＴＯ或ＡＺＯ粒子，增强纤维，可通过机械搅拌或超声波作用，将硅溶胶与ＡＴＯ或ＡＺＯ纳米醇浆料混合后通过渗流工艺流入纤维毡或纤维预制件中，形成湿凝胶复合体，再进行超临界流体干燥。本发明专利技术材料对固体热传导、空气热对流以及红外辐射热传导均具有良好传热有良好的阻隔作用，同时具有良好的疏水性，且工艺简单，成本低；其机械强度可以达到０．１０～２ＭＰａ；适用范围广，可满足航空、航天、军事以及民用中对热防护要求比较高的场合中使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高效隔热保温材料领域，尤其是涉及一种含纳米半导体红外遮光剂的Si02气凝胶绝热复合材料及其制备方法。
技术介绍
Si02气凝胶具有高比表面积、超低密度以及纳米多孔网络结构的特征，孔隙率高达98.9%，孔洞尺寸一般在介孔范围内，比表面积高达1000m"g，密度在3 600kg/m3范围内 可调。气凝胶的结构特异性使得其折射率、声阻抗和热传导率低，吸附性能优良，在光学、 声学、热学、吸附与催化以及惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion, ICF)等领域中有着极广阔的应用前景。Si02气凝胶被认为是目前绝热性能最佳的固体材料，但气凝胶材料固有的强度低、脆 性大成形困难等因素以及成本高制约了其在工程应用中的推广。现有解决该问题的技术方法主要有以下几类①采用有机或无机胶粘剂与气凝胶粉末材料混合，通过压制成形(参见中国专利95197068. 2《一种含有气凝胶的复合材料、其制备方法和应用》，96196879. 6 《含有气凝胶和黏合剂的复合材料，其制备方法及其应用》)。当加入粘合剂后，虽然在一 定程度上可提高复合材料的强度，但同时也损失了气凝胶材料的高效绝热特性；②通过在 溶胶过程中将无机增强剂(短纤维)和红外遮光剂(钛白粉)加入形成凝胶再通过超临界流体 干燥形成的材料(参见中国专利97106652. 3《改性纳米保温材料及其生产工艺》)，其红外 遮光剂难以分散均匀，且机械强度提高有限，难以满足苛刻环境的使用要求；③以纤维作 为增强相，采用溶胶一凝胶工艺、超临界流体干燥工艺形成气凝胶复合材料(参见美国专利 US6068882和中国专利200510031952. 0《一种气凝胶绝热复合材料及其制备方法》)，所 述材料具有很好的绝热效果和使用性能；但美国专利TJS6068882是通过在纤维表面沉积分 子碳或金属的途径来降低红外透过性，工艺比较复杂，而中国专利200510031952. 0则是 通过原位复合法制备SiO/n02复合凝胶后引入Ti02于气凝胶来降低红外透过性，工艺虽然相对于前者简单，但由于形成的Ti02多呈非晶态，其降低红外透过性作用有限。另外， 美国专利US6068882制成的材料疏水性较差，在实际使用过程中由于吸水，绝热效果会降 低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高绝热性能、较好的机械强度、好的疏水性能、可在较宽 温度范围内使用的Si02气凝胶柔性和刚性绝热复合材料及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种气凝胶绝热复合材料是由硅醇盐配制的硅溶胶、红外遮光剂混合流渗到纤维毡或预制体中形成的气凝胶绝热复合材料，所述的红外遮光剂是以醇为分散剂的ATO纳米醇浆料或者AZO纳米醇浆料；所述的纤维毡或纤维预制件为不与溶胶反应，同时能承受超临界流体干燥条件的纤维毡或纤维预制件。所述的硅醇盐与ATO或AZO的重量比为1: 0.005~0.2;所述的硅醇盐和纤维毡或 纤维预制件的重量比为0.3-3。所述纤维毡或纤维预制件为玄武岩纤维，石英纤维，高硅氧纤维，硅酸铝纤维，碳纤 维或玻璃的纤维毡或纤维预制件。所述的气凝胶绝热复合材料的制备方法包括以下步骤(l)硅溶胶配制将硅醇盐与表 面改性剂、去离子水、醇溶剂混合，再加入酸性和碱性催化剂或其中的一种配制成硅溶胶；(2)将硅溶胶与ATO或AZO纳米醇浆料混合形成的复合溶胶，通过流渗流入纤维毡或纤维 预制件中；或者对纤维毡或纤维预制件用硅溶胶与ATO或AZO纳米醇浆料的复合溶胶抽 真空流渗；(3)通过超临界流体干燥含有湿凝胶的纤维增强复合体。还可以对所述的纤维毡或纤维预制件用硅溶胶与ATO或AZO纳米醇浆料的复合溶胶 预流渗后装入模具中，再加入硅溶胶与ATO或AZO纳米醇浆料的复合溶胶流渗。可在超声波作用下将硅溶胶与纳米ATO或AZO醇浆料混合。硅溶胶配制方法如下采用一步法将硅醇盐、表面改性剂、醇溶剂、去离子水、酸 性催化剂按摩尔比为l: 0.1~1: 3~10: 2~9: 0.0008-0.0054配制或者将硅醇盐、表面改性 剂、醇溶剂、去离子水、碱性催化剂按摩尔比为l: 0.1~1: 3~10: 2~9: 0.0005~0.008配制 即成；或者采用两步法，首先将硅醇盐、表面改性剂和醇溶剂混合搅拌均匀后，再将水和酸性催化剂滴加进去搅拌，等其充分水解后，再将碱性催化剂滴加进去搅拌得到硅溶胶，其中硅醇盐表面改性剂醇溶剂去离子水酸性催化剂碱性催化剂摩尔比为1: 0.1~1:3~io: 2~9: 0.0008~0.0054: 0.0005~0.008。所述的硅醇盐为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；所述表面改性剂为含1-8个C原子的烷氧 基硅烷；所述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇；所述酸性催化剂为盐酸、氢氟酸或醋 酸；所述碱性催化剂为氨水或氢氧化钠。所述表面改性剂为二甲基二乙氧基硅烷，二甲基二甲氧基硅垸、三甲基甲氧二乙基二 乙氧基硅烷、二乙基二丁氧基硅烷、三甲基氯硅垸。当所述的硅醇盐为正硅酸乙酯，所述表面改性剂为二甲基二乙氧基硅烷，所述醇溶剂 为乙醇，所述酸性催化剂为盐酸，所述碱性催化剂为氨水时效果最佳。所述的ATO纳米醇浆料或AZO纳米醇浆料制备如下以乙醇或异丙醇为分散介质， 通过机械球磨方式将ATO纳米粉体材料或AZO纳米粉体材料分散于乙醇或异丙醇中，形 成质量分数不高于30%的悬浮醇溶液。所述ATO纳米粉体材料或AZO的纳米粉体材料分散于乙醇中最佳。所述的超临界流体干燥过程，其干燥介质为乙醇或异丙醇，将流有溶胶的纤维复合成 型体放入超临界流体干燥设备中，预充2 4MPa的氮气，再以50 10(TC/小时的升温速度 加热到250~300°C，保温1 2小时，再以1 4MPa/小时的速度缓慢释放压力，最后以氮 气冲扫10~30分钟。本专利技术的Si02气凝胶柔性或刚性绝热复合材料构成包括Si02气凝胶，具有优良红外反射特性的氧化锡锑(ATO)、氧化铝锌(AZO)纳米半导体粉体材料作为红外遮光剂，纤维毡或 纤维预制件，其重量比为l: 0.005-0.2: 0.3-3;所述纤维毡或纤维预制件应不与溶胶反应， 同时能承受超临界流体干燥条件的纤维，可以是玄武岩纤维、石英纤维、高硅氧纤维、硅 酸铝纤维、碳纤维或玻璃纤维等，所述增强纤维毡或纤维预制件的体积密度应低于150kg / m3，最好低于70kg / m3。 Si02气凝胶体积密度应低于100kg / m3，最好低于70kg / m3。 本专利技术之Si02气凝胶柔性和刚性绝热复合材料用下述方法制备将硅醇盐、表面改性 剂、醇溶剂、酸性催化剂、碱性催化剂按一定比例配制成硅溶胶，将硅溶胶、ATO纳米醇 浆料或AZO纳米醇浆料混合形成复合溶胶，通过流渗工艺流入纤维毡或纤维预制件中； 或者对纤维毡或纤维预制件用硅溶胶和ATO纳米醇浆料或AZO纳米醇浆料的复合溶胶预 流渗后装入模具中，再加入硅溶胶和ATO纳米醇浆料或AZO纳米醇桨料的复合溶胶流渗；或者对纤维毡或纤维预制件用硅溶胶和ATO纳米醇浆料或AZO纳米醇浆料的复合溶胶抽 真空流渗，然后再进行超临界流体干燥，即得到Si02气凝胶绝热复合材料。上述溶胶在超 声波作用下混合效果更佳。正硅酸乙酯与ATO优选重量比h 0.01 0.08;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含纳米半导体红外遮光剂的气凝胶绝热复合材料，其特征在于，所述复合材料是由硅醇盐配制的硅溶胶、红外遮光剂混合流渗到纤维毡或预制体中形成的气凝胶绝热复合材料，所述的红外遮光剂是以醇为分散剂的ＡＴＯ纳米醇浆料或者ＡＺＯ纳米醇浆料；所述的纤维毡或纤维预制件为不与溶胶反应，同时能承受超临界流体干燥条件的纤维毡或纤维预制件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢斌，卢峰，卢勇，
申请(专利权)人：长沙星纳气凝胶有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]