一种纳米隔热材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米隔热材料及其制备方法，包括以下成分，3

【技术实现步骤摘要】
一种纳米隔热材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合功能材料领域，具体涉及一种纳米隔热材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，采用新技术、新工艺开发环境友好型隔热材料是一种最有效、最经济的节能措施。纳米隔热材料是近两年发展起来的一种高效隔热材料，是基于纳米孔材料良好的隔热性能研制而成的，其主要成分是SiO2等无机粉末。市场上现有的纳米隔热材料成本较高，主要原因是使用的原材料较贵。因此，本申请以硅微粉为主要原料，微硅粉(学名“硅灰”)，系在冶炼合金时，通过烟道排出的硅蒸汽氧化后，经特别设计的收尘器收集得到的无定形、粉末状的二氧化硅，属于工业废料。微硅粉平均粒径在0.1
‑
0.15μm，为水泥平均粒径的几百分之一，具有极强的表面活性。同时，由于单纯的微硅粉隔热材料力学性能欠佳，限制了其在各方面的应用。因此，需添加部分材料进行复合来获得隔热性能好，力学性能佳的隔热材料。

技术实现思路

[0003]要解决的技术问题：针对目前隔热纳米材料力学性能欠佳，限制了其多方面的应用，本专利技术的目的是提供一种纳米隔热材料及其制备方法，在不影响甚至是提高隔热效果的前提下，以微硅粉为基体原料，增强纤维膜和纳米孔掺硅碳纤维作为增强体，获得一种隔热性能佳，高温条件下隔热性能依旧高效，力学性能好的纳米隔热材料。
[0004]技术方案：一种纳米隔热材料，包括以下成分，按重量百分比计：3
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9％增强纤维膜、5
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10％纳米孔掺硅碳纤维、5
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10％遮光剂、粒径为10
‑
100nm的改性微硅粉余量；其中，所述纳米孔掺硅碳纤维的结构为螺旋结构。优选的，所述螺旋结构的直径为0.1
‑
0.5mm，高度为1
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2mm。优选的，所述纳米孔掺硅碳纤维的纳米孔孔隙孔径≤50nm。优选的，所述增强纤维膜为有序石英纤维膜，孔隙孔径≤50nm，石英纤维直径为400nm。优选的，所述有序石英纤维膜的制备方法为：1)取粒径为5
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100nm，固含量为20
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40wt.％的硅溶胶100份，调节pH值至4；2)加入聚乙二醇100份和铝溶胶1份混合搅拌均匀，静置脱泡，获得纺丝液；3)将纺丝液加入到静电纺丝装置的注射器中，施加直流高压对溶液进行喷射；4)由旋转的卷绕筒接收有序纤维，电压为12kV，流量0.5mL/h，针头与卷绕筒之间的距离为20cm，电主轴的转速为8000r/min；5)将有序纤维干燥后在窑炉中煅烧，缓慢升温，25h温度升至1300℃，保温煅烧8h；6)取出粉碎，获得长宽分别为1mm
×
1mm的有序石英纤维膜。优选的，所述纳米孔掺硅碳纤维的制备方法如下：(1)采用N
’
N
‑
二甲基甲酰胺配制含量为6
‑
10wt.％的聚丙烯腈溶液，静置真空脱
泡，作为纺丝液；(2)置于静电纺丝装置中，接收板接收，接收板上固定有螺旋结构碳酸钙模型，其中，纺丝电压为14
‑
20kV，纺丝距离为12
‑
20cm；(3)将纳米孔螺旋结构聚丙烯腈纤维取下烧结；(4)用稀盐酸进行洗涤，获得纳米孔螺旋结构碳纤维；(5)将纳米孔螺旋结构碳纤维浸渍于浓度为正硅酸乙酯中，取出干燥即得。优选的，所述烧结方法为：在250
‑
260℃下预氧化1.5
‑
2.5h后在800
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1100℃下碳化1h。优选的，所述改性微硅粉的制备方法为：将微硅粉在水中分散均匀，加入盐酸多巴胺，调节pH值为7.5
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10.5，反应，将产物洗涤、干燥即得。优选的，所述微硅粉采用合金电炉除尘系统回收，比表面积为15
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27m2/g，纯度≥99％。上述纳米隔热材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取增强纤维、粒径为10
‑
100nm的改性微硅粉、遮光剂、纳米孔掺硅碳纤维，置于高速搅拌机内，以500r/min的转速混料10min；(2)以1500r/min的转速混料15min，使其混合均匀；(3)在0.1MPa的压力下干压成型制得试样，将试样放入110℃的烘箱内干燥12h。有益效果：1.本专利技术采用微硅粉为主要原料，微硅粉采用合金电炉除尘系统进行回收，属于工业废料，本专利技术中在合金电炉除尘系统中增设了双旋风分离器，去除烟尘中的大颗粒及C等杂物，提高了SiO2含量及稳定性，所得到的微硅粉属于废料回收利用，成本低，同时具有优良的隔热效果。2.本专利技术的微硅粉经盐酸多巴胺处理后，能够有效的促进分散，防止团聚。3.本专利技术采用有序石英纤维膜，采用静电纺丝制备，有序石英纤维膜具有纳米孔隙，能够在增强力学性能的同时，最大限度减小对隔热性能的影响。有序石英纤维膜呈三维结构，能够有效从微硅粉基体向增强体纤维传递载荷，提高基体和增强体之间的结合性能，进一步提高力学强度。另外，在高温下，由于石英纤维本身的特性，石英纤维膜还能改善材料在高温条件下的隔热性能。4.本专利技术采用纳米孔掺硅碳纤维，结构为螺旋型，螺旋状纳米孔掺硅碳纤维的三维结构不仅在原料混合中起到将原料均匀分散的作用，防止团聚，同时其特殊的三维结构，断裂行为呈现出典型三维结构的递层断裂，断裂韧性也会比二维结构提高很多。5.材料在压制成型过程中，微硅粉与增强纤维膜和纳米孔掺硅碳纤维的接触面积显著增大并结合在一起，尤其是增强纤维膜和纳米孔掺硅碳纤维都是三维结构，特别是纳米孔掺硅碳纤维，呈螺旋形，使增强纤维膜和纳米孔掺硅碳纤维能充分传递和分散在试样受压时的应力负荷，从而提高了该材料的耐压强度。
具体实施方式
实施例1一种纳米隔热材料，包括以下成分，按重量百分比计：3％增强纤维膜、5％纳米孔掺硅碳纤维、5％遮光剂TiO2、粒径为10
‑
100nm的改性微硅粉余量；其中，
纳米孔掺硅碳纤维的结构为螺旋结构，螺旋结构的直径为0.1mm，高度为1mm；纳米孔掺硅碳纤维的纳米孔孔隙孔径≤50nm；纳米孔掺硅碳纤维的制备方法如下：(1)采用N
’
N
‑
二甲基甲酰胺配制含量为6wt.％的聚丙烯腈溶液，静置真空脱泡，作为纺丝液；(2)置于静电纺丝装置中，接收板接收，接收板上固定有螺旋结构碳酸钙模型，其中，纺丝电压为14kV，纺丝距离为15cm；(3)将纳米孔螺旋结构聚丙烯腈纤维取下烧结，烧结方法为：在250℃下预氧化1.5后在800℃下碳化1h；(4)用稀盐酸进行洗涤，获得纳米孔螺旋结构碳纤维；(5)将纳米孔螺旋结构碳纤维浸渍于浓度为正硅酸乙酯中，取出干燥即得。增强纤维膜为有序石英纤维膜，孔隙孔径≤50nm，石英纤维直径为400nm；有序石英纤维膜的制备方法为：1)取粒径为5
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100nm，固含量为30wt.％的硅溶胶100份，调节pH值至4；2)加入聚乙二醇100份和铝溶胶1份混合搅拌均匀，静置脱泡，获得纺丝液；3)将纺丝液加入到静本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米隔热材料，其特征在于：包括以下成分，按重量百分比计：3
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9％增强纤维膜、5
‑
10％纳米孔掺硅碳纤维、5
‑
10％遮光剂、粒径为10
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100nm的改性微硅粉余量；其中，所述纳米孔掺硅碳纤维的结构为螺旋结构。2.根据权利要求1所述的一种纳米隔热材料，其特征在于：所述螺旋结构的直径为0.1
‑
0.5mm，高度为1
‑
2mm。3.根据权利要求1所述的一种纳米隔热材料，其特征在于：所述纳米孔掺硅碳纤维的纳米孔孔隙孔径≤50nm。4.根据权利要求1所述的一种纳米隔热材料，其特征在于：所述增强纤维膜为有序石英纤维膜，孔隙孔径≤50nm，石英纤维直径为400nm。5.根据权利要求4所述的一种纳米隔热材料，其特征在于：所述有序石英纤维膜的制备方法为：1)取粒径为5
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100nm，固含量为20
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40wt.％的硅溶胶100份，调节pH值至4；2)加入聚乙二醇100份和铝溶胶1份混合搅拌均匀，静置脱泡，获得纺丝液；3)将纺丝液加入到静电纺丝装置的注射器中，施加直流高压对溶液进行喷射；4)由旋转的卷绕筒接收有序纤维，电压为12kV，流量0.5mL/h，针头与卷绕筒之间的距离为20cm，电主轴的转速为8000r/min；5)将有序纤维干燥后在窑炉中煅烧，缓慢升温，25h温度升至1300℃，保温煅烧8h；6)取出粉碎，获得长宽分别为1mm
×
1mm的有序石英纤维膜。6.根据权利要求1所述的一种纳米隔热材料，其特征在于：所述纳米孔掺硅碳纤维的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩福梅，向文艺，
申请(专利权)人：威赫炘源纳米科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：