一种纸基耐高温复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纸基耐高温复合材料及其制备方法和应用，所述的制备方法是先利用短切纤维、玻璃棉、粘结纤维进行疏解，分别得到两种悬浮液，通过斜网多层成型工艺，得到具有两层玻纤纸，然后一起进行压榨、干燥制得复合玻纤纸，通过优化纤维原料的配比和纤维尺寸，来提高玻纤纸的力学性能，进一步将玻纤纸浸渍于二氧化硅气凝胶溶液，通过调控二氧化硅气凝胶溶液的浓度，来控制玻纤纸纤维之间的空隙结构，制得具有多层结构的纸基耐高温复合材料，进一步提高材料的力学性能，并且防止二氧化硅气凝胶的泄漏，从而保证隔热性能，并且制备过程没有使用其他添加剂，在高温下使用不会产生有毒气体或者可燃气体，使用安全。使用安全。使用安全。

【技术实现步骤摘要】
一种纸基耐高温复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及造纸工业
，更具体地，涉及一种纸基耐高温复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]隔热材料又称为绝热材料，主要用于阻滞热流传递、防止设备及管道热量散失、降低建筑能耗等，属于功能材料，一般要求材料的热导率小于0.23W/(m
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K)。隔热材料按照材质的不同可以分为有机隔热材料和无机隔热材料。有机隔热材料主要有泡沫橡胶、聚氨酯泡沫及泡沫塑料等，在日常生活中应用广泛，如用在冰箱、油罐的隔热层及建筑外墙保温芯等。但有机隔热材料也有其局限性，它们在高温条件下易分解，一旦起火容易引起严重的火灾危害。此外，在长期使用过程中，还会散发有毒物质，影响身体健康。无机隔热材料按其形态不同，可以分为多孔状、纤维状及粉末状，无机隔热材料具有一定的耐火性，可以用于高温场所，一般用于建筑、冶金、化工、电力、石油、热电池隔热等领域需要隔热的设备中。
[0003]气凝胶是一种具有独特纳米多孔网络结构的轻质材料，是目前已知的热导率最低的固体物质，被称为超级绝热材料。二氧化硅气凝胶是一种常用的气凝胶材料，具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低热导率等优异性能，常用于制备隔热材料。但是由于二氧化硅气凝胶机械强度差，阻碍了它的进一步发展。为了拓宽二氧化硅气凝胶的应用范围，通常将纤维与二氧化硅气凝胶复合制备一类新型复合材料。
[0004]中国专利CN201010563640.5公开了一种高强隔热纸的制备方法，将长玻璃纤维、针叶木浆作为原料，以聚乙烯醇水溶液作为粘结剂，制得纤维纸基材，然后浸渍到含有促凝剂的溶胶中，在超临界CO2干燥，最后浸渍到聚乙烯醇水溶液，加热加压干燥后制得复合有纳米二氧化硅气凝胶粉体的隔热纸基材料，所制备的产品力学性能和隔热性能(常温热导率0.06W/m
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K)有一定的提高，但是该方法使用的聚乙烯醇粘结剂是一种致癌物，而且在高温下使用会分解释放出可燃气体，降低了该隔热纸高温使用时的安全性，并且隔热性能不够好，制备方法较为繁琐。
[0005]因此，如何提供一种隔热材料，使其同时具有力学性能好、热导率低的特性，且能在高温条件下使用，并简化制造工艺、降低生产成本成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有纸基隔热材料不能同时具备力学性能好、热导率低以及能在高温条件下使用、制备步骤简便的缺陷和不足，提供一种纸基耐高温复合材料的制备方法，本专利技术先制得两层玻纤纸，作为纸基材料，进一步改进纸基材料与二氧化硅气凝胶的复合工艺，制得力学性能好，热导率低，隔热性能好，可高温使用的纸基耐高温复合材料，同时简化了制造工艺。
[0007]本专利技术的另一目的是提供一种纸基耐高温复合材料。
[0008]本专利技术的又一目的是提供一种纸基耐高温复合材料的应用。
[0009]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种纸基耐高温复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1.将质量比为1：(3～9)的短切纤维和玻璃棉进行疏解，得到第一悬浮液，将质量比为1：(0～0.5)：(0～0.3)的短切玻纤、玻璃棉和粘结纤维进行疏解得到第二悬浮液；然后将第一悬浮液和第二悬浮液通过斜网多层成型工艺制得两层玻纤纸，分别为第一玻纤纸和第二玻纤纸，其中，所述第一玻纤纸和第二玻纤纸中的短切纤维的长度为3～12mm；第一玻纤纸和第二玻纤纸的厚度比为1：
[0012](0.1～1)；
[0013]S2.将步骤S1制得的第一玻纤纸和第二玻纤纸一起进行压榨，干燥；然后一起浸入二氧化硅气凝胶溶液中，待溶剂完全挥发后，即得纸基耐高温复合材料；其中所述二氧化硅气凝胶溶液中二氧化硅的质量百分浓度为1％～10％。
[0014]本专利技术采用短切纤维、玻璃棉作为纤维原料，制得第一悬浮液，然后将的短切纤维、玻璃棉和粘结纤维进行疏解，得到第二悬浮液，通过斜网多层成型工艺，一次成型操作，同时得到双层玻纤纸，在湿纸状态下复合，复合更为紧密，有利于提高耐高温效果，然后进行一起压榨、干燥制得具有两层结构的复合玻纤纸，最后与二氧化硅气凝胶溶液混合制得纸基耐高温复合材料，本专利技术通过优化纤维原料的配比和纤维尺寸，来提高玻纤纸的力学性能，进一步将玻纤纸浸渍于二氧化硅气凝胶溶液，通过调控二氧化硅气凝胶溶液的浓度，来控制玻纤纸纤维之间的空隙结构，制得具有双层结构的纸基耐高温复合材料，所使用的原料无毒无害，更为安全，进一步提高材料的力学性能，并且防止二氧化硅气凝胶的泄漏，从而得到力学性能较好、热导率较低、隔热性能好、可以高温使用的纸基耐高温复合材料，本专利技术的制备过程没有使用其他添加剂，可充分发挥出二氧化硅气凝胶热导率低的优势，并采用湿法成型技术，简化了制造工艺。
[0015]优选地，步骤S1所述短切纤维的长度为3～6mm。
[0016]优选地，步骤S1所述短切纤维和玻璃棉质量比为1：4～8。
[0017]优选地，步骤S1所述第一玻纤纸和第二玻纤纸的厚度比为1：0.2～0.85。
[0018]优选地，步骤S2所述二氧化硅气凝胶溶液中二氧化硅的质量百分浓度为2％～7％。
[0019]优选地，步骤S1所述第一玻纤纸和第二玻纤纸中的短切纤维为玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维中的一种或几种。
[0020]优选地，步骤S1所述粘结纤维为双组分聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET纤维)、聚烯烃纤维(ES纤维)、双组分尼龙纤维、水溶性聚乙烯醇纤维(PVA纤维)中的一种或几种。
[0021]优选地，步骤S1将短切纤维和玻璃棉分散于水中，得到第一悬浮液，再将短切纤维、玻璃棉和粘结纤维分散于水中，得到第二悬浮液，然后分别将第一和第二悬浮液放置于不同的流浆箱中，进行斜网多层成型工艺的操作。
[0022]优选地，所述悬浮液的质量百分浓度为0.01％～0.25％。
[0023]优选地，所述悬浮液的制备方法为将短切纤维、粘结纤维和玻璃棉分散于水中，采用疏解机将短切纤维和玻璃棉疏解均匀，得到悬浮液。
[0024]优选地，步骤S1所述第一玻纤纸和第二玻纤纸中的玻璃棉直径为0.2～2μm。
[0025]优选地，步骤S1所述粘结纤维长度为3～12mm。
[0026]优选地，步骤S1所述的二氧化硅气凝胶溶液是由二氧化硅气凝胶溶于有机溶剂中，通过超声分散后得到。
[0027]优选地，所述有机溶剂为乙醇或丙酮。
[0028]优选地，步骤S2所述干燥的温度为90～155℃。
[0029]优选地，步骤S2所述压榨的压力为0～0.4MPa，时间为10s～70s。
[0030]优选地，还包括第三玻纤纸，其制备方法与第二玻纤纸相同，然后按照从里到外为第二玻纤纸、第一玻纤纸和第三玻纤纸一起进行压榨，干燥；然后一起浸入二氧化硅气凝胶溶液中，待溶剂完全挥发后，即得纸基耐高温复合材料。第三玻纤纸有利于进一步提高材料的力学性能，更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纸基耐高温复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将质量比为1：(3～9)的短切纤维和玻璃棉进行疏解，得到第一悬浮液，将质量比为1：(0～0.5)：(0～0.3)的短切玻纤、玻璃棉和粘结纤维进行疏解得到第二悬浮液；然后将第一悬浮液和第二悬浮液通过斜网多层成型工艺制得两层玻纤纸，分别为第一玻纤纸和第二玻纤纸，其中，所述第一玻纤纸和第二玻纤纸中的短切纤维的长度为3～12mm；第一玻纤纸和第二玻纤纸的厚度比为1：(0.1～1)；S2.将步骤S1制得的第一玻纤纸和第二玻纤纸一起进行压榨，干燥；然后一起浸入二氧化硅气凝胶溶液中，待溶剂完全挥发后，即得纸基耐高温复合材料；其中所述二氧化硅气凝胶溶液中二氧化硅的质量百分浓度为1％～10％。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述第一玻纤纸和第二玻纤纸中的短切纤维的长度为3～6mm。3.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，步骤S1所述短切纤维和玻璃棉的质量比为1：4～8。4.根据权利要求1所述制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙金，胡健，张雪姣，李尧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：