一种高分子保温隔热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子保温隔热材料及其制备方法，属于高分子技术领域，所述材料按照重量份计，包括以下原料：有机高分子树脂100‑180份、发泡剂6‑10份、碳纤维30‑50份，所述制备方法将原料按照配比混合之后，发泡即可，制备方法简单，所述碳纤维具有中空的结构，中空的内核限制了热对流，中空结构同样也使高分子保温隔热变得轻质，适宜用于制备航空航天材料。

A polymer thermal insulation material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高分子保温隔热材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子
，特别是涉及一种高分子保温隔热材料及其制备方法。
技术介绍
目前，应用于航空航天上的典型隔热材料主要有酚醛泡沫复合材料、氧化铝陶瓷复合材料以及纳米孔超级隔热材料。酚醛泡沫具有低密度、低热导率以及抗高温歧变的特点，但是普通酚醛泡沫的延伸率低、质脆、硬度大、不耐弯曲，因此限制了其应用。普通酚醛泡沫通常需要物理共混、化学及原位聚合方法以保证其低热导率的同时增加其韧性。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量的新型纤维材料，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，在碳纤维的制备过程中一般需要对原材料进行加热预氧化等处理，现有的制备的碳纤维管，功能较为单一，且加热保温性能并不是很好，同时由于温度控制不好，往往会破坏碳纤维原材料，造成资源的浪费，降低生产效率。如果能将碳纤维管加入到酚醛泡沫中，综合二者的性能制备出一种保温性能良好的高分子材料具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种综合碳纤维和酚醛泡沫二者优点的高分子保温隔热材料，提供一种质轻、保温性能良好、适合在航空航天等极端条件下应用的高分子保温隔热材料。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：技术方案一：本专利技术提供了一种高分子保温隔热材料，按照重量份计，包括以下原料：有机高分子树脂100-180份、发泡剂6-10份、碳纤维30-50份。进一步的，所述有机高分子树脂为聚氨酯树脂。进一步的，所述碳纤维为数百万根中空的碳纤维管缠绕构建出的气凝胶。进一步的，所述发泡剂为液态CO2、惰性烃类化合物或石油醚中的一种。进一步的，所述碳纤维的制备方法为：(1)将间苯二酚和甲醛混合，加入去离子水作为溶剂，搅拌均匀，加入催化剂，机械搅拌30min，混合均匀，密封，制备得到前驱体溶液；(2)将前驱体溶液在120℃～150℃陈化1～2d，得到有机湿凝胶；(3)以丙酮为溶剂置换有机湿凝胶中的水，将湿凝胶浸泡于丙酮中，浸泡5d，每天更换2次丙酮，置换过程在超声波装置中完成，超声处理有利于溶剂和水的置换；(4)将溶剂置换后得到的湿凝胶置于空气中自然晾干，然后在150℃下干燥12h，得到有机气凝胶；(5)将有机气凝胶在惰性气体保护下经过程序升温至2350℃，在此温度下保温5～8h，得到数百万根中空的碳纤维管缠绕构建出的气凝胶。进一步的，步骤(1)中间苯二酚和甲醛以5:1的摩尔比混合。进一步的，步骤(1)所述催化剂为碳酸钠。进一步的，步骤(5)的升温速率为5℃/min。技术方案二：本专利技术还提供所述的高分子保温隔热材料的制备方法，包括以下步骤：(1)准确称量各原料的重量；(2)将有机高分子树脂、发泡剂和碳纤维混合，搅拌后，于90～100℃下恒温发泡得到所述高分子保温隔热材料。进一步的，制备方法中搅拌速率为200～300r/min，搅拌时间为3～5min。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术的高分子保温材料中的泡沫呈现闭合的五边形或六边形结构，三条泡壁棱柱相交于一个顶点。由于泡沫形状会受到聚合物网状骨架、气体扩散、泡沫密度等多方面的综合影响，并非总是规则的多面体结构，当加入碳纤维气凝胶时，树脂在通心粉状的碳纤维气凝胶表面生成泡沫材料，中空的内核限制了热对流，中空结构同样也使高分子保温隔热材料变得轻质，克服了单纯树脂材料不耐老化、变形系数大、稳定性差、安全性差、易燃烧、生态环保性很差、施工难度大、工程成本较高，其资源有限，且难以循环再利用的缺点。通过将其与泡沫材料一起发泡，形成了一种具有弹性的轻质材料，这种材料在使用期限内不会明显老化，而且能吸收热量，该保温隔热材料有望在航空航天等极端条件下应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备的1cm3的碳纤维管的放大图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。实施例1本实施例所述高分子保温隔热材料，按照重量份计，包括以下原料：聚氨酯树脂150份、石油醚8份、碳纤维40份。所述碳纤维的制备方法为：(1)将间苯二酚和甲醛以5:1的摩尔比混合，加入去离子水作为溶剂，搅拌均匀，加入催化剂碳酸钠，机械搅拌30min，混合均匀，密封，制备得到前驱体溶液；(2)将前驱体溶液在130℃陈化1d，得到有机湿凝胶；(3)以丙酮为溶剂置换有机湿凝胶中的水，将湿凝胶浸泡于丙酮中，浸泡5d，每天更换2次丙酮，置换过程在超声波装置中完成，超声处理有利于溶剂和水的置换，超声功率为200W；(4)将溶剂置换后得到的湿凝胶置于空气中自然晾干，然后在150℃下干燥12h，得到有机气凝胶；(5)将有机气凝胶在惰性气体保护下经过程序升温至2350℃，升温速率为5℃/min，在此温度下保温5h，得到百万根中空的碳纤维管缠绕构建出的气凝胶。所述高分子保温隔热材料的制备方法，包括以下步骤：(1)准确称量各原料的重量；(2)将聚氨酯树脂、石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子保温隔热材料，其特征在于，按照重量份计，包括以下原料：有机高分子树脂100-180份、发泡剂6-10份、碳纤维30-50份。/n

【技术特征摘要】
1.一种高分子保温隔热材料，其特征在于，按照重量份计，包括以下原料：有机高分子树脂100-180份、发泡剂6-10份、碳纤维30-50份。


2.根据权利要求1所述的一种高分子保温隔热材料，其特征在于，所述有机高分子树脂为聚氨酯树脂。


3.根据权利要求1所述的一种高分子保温隔热材料，其特征在于，所述碳纤维为数百万根中空的碳纤维管缠绕构建出的气凝胶。


4.根据权利要求1所述的一种高分子保温隔热材料，其特征在于，所述发泡剂为液态CO2、惰性烃类化合物或石油醚中的一种。


5.根据权利要求3所述的一种高分子保温隔热材料，其特征在于，所述碳纤维的制备方法为：
(1)将间苯二酚和甲醛混合，加入去离子水作为溶剂，搅拌均匀，加入催化剂，机械搅拌30min，混合均匀，密封，制备得到前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液在120℃～150℃陈化1～2d，得到有机湿凝胶；
(3)以丙酮为溶剂置换有机湿凝胶中的水，将湿凝胶浸泡于丙酮中，浸泡5d，每天更换2次丙酮，置换过程在超声波装置中完成；
(4)将溶剂置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景林，杨杨，许良，郭振丽，李阳阳，
申请(专利权)人：内蒙古民族大学，
类型：发明
国别省市：内蒙;15