一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡及其制备方法，按重量百分含量计，包括纤维50%

【技术实现步骤摘要】
一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡及其制备方法


[0001]本专利技术属于化工材料
，特别涉及一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡及其制备方法。

技术介绍

[0002]新能源、动力电池、建筑、工业、运输等领域需要有防火、保温、隔热、保冷等材料，对于高抗压、低导热系数材料的需求越来越多。
[0003]SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其特殊的纳米孔结构使得其在热隔绝中有独特的性质，常作为隔热材料进行使用。然而由于SiO2气凝胶存在强度低、脆性大的问题，大大限制了其应用范围，需要通过与纤维增强复合，得到具有一定机械强度的SiO2气凝胶复合材料，以达到实际应用的要求。
[0004]目前，现有的纤维增强材料主要分为两类：纤维针刺毡和纤维湿法毡。其中，纤维针刺毡具有工艺简单、价格低廉等优势，但由于针刺过程存在横纵贯穿的纤维，使得气凝胶复合毡的导热系数升高，气凝胶的隔热效果降低。且使用两种以上纤维进行制毡时，存在纤维难以混匀的缺陷，针刺毡的平整度也较低，限制了其在一些精密行业里的应用。纤维湿法毡制备过程中，纤维在水相中容易分散均匀，且制备的毡体无贯穿纤维、平整度也较高，但是在成毡的过程中由于用到大量有机胶黏剂对交错纤维进行胶结，一方面影响了其耐温隔热能力，另一方面存在在高温场景下有VOC
S
挥发的威胁，且在传统工艺湿法毡与气凝胶复合的过程中，大量的有机胶黏剂被超临界流体溶出，既容易堵塞管道、又造成了环保压力。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种超低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，具有常温和高温极低的导热系数和良好的隔热能力。
[0006]进一步，本专利技术还提供所述气凝胶湿法毡的制备方法，解决现有技术成毡过程中由于用到大量有机胶黏剂对交错纤维进行胶结，导致气凝胶毡耐温隔热能力减弱，且有有机物质溶出堵塞管道、污染环境的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，按重量百分含量计，包括纤维50％
‑
80％，气凝胶20％
‑
50％；所述气凝胶为SiO2气凝胶；该气凝胶湿法毡，25℃导热系数≤0.016W/(m
·
K)，300℃导热系数≤0.032W/(m
·
K)，500℃导热系数≤0.064W/(m
·
K)。
[0009]本专利技术低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡以纤维为骨架结构，SiO2气凝胶为内嵌结构。充分利用SiO2气凝胶纤细的纳米骨架颗粒降低了固态热传导，纳米级孔结构抑制了气体热传导，同时又利用无机纤维对高温近红外辐射的遮挡，降低了辐射传热，从而使SiO2气凝胶复合材料在高温下仍具有极低的热导率和较高的隔热性能。
[0010]进一步，所述气凝胶湿法毡的体积密度为120
‑
320kg/m3。
[0011]进一步，所述气凝胶湿法毡在2MPa条件下的压缩率为50
‑
80％。
[0012]进一步，所述纤维为普通玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、硅酸铝纤维、岩棉纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、硅酸镁纤维、莫来石纤维、预氧丝纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维中的一种或几种。
[0013]进一步，所述纤维为普通玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、硅酸铝纤维、岩棉纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、硅酸镁纤维、莫来石纤维、预氧丝纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维中的两种或两种以上。因单一纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料存在一定缺陷，如高硅氧玻璃纤维直径大、强度高，但高温导热系数高，红外屏蔽性差；硅酸铝纤维含有红外反射物质Al2O3、Fe2O3等，辐射阻挡性好，但其中含有少量渣球，影响隔热效果；岩棉不仅含有TiO2、Fe2O3、Al2O3等红外反射物质，且纤维直径细，对固态和辐射传热均有很好的抑制作用，但纤维整体成型性差，纤维结构均一性差；莫来石纤维由莫来石相组成，具有隔热效果好、耐高温等特点，但价格昂贵。因此纤维优选为两种或两种以上，这样可以弥补单一纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的不足，在具有较高隔热性能的同时，兼具结构均一、成本适中等优点。
[0014]进一步，所述纤维的长度为1mm
‑
50mm，直径为1μm
‑
20μm。采用本专利技术湿法工艺，纤维长度过长，则纤维不易分散；纤维长度过短，则纤维不易成型；因此本专利技术纤维长度控制在此范围。
[0015]一种所述低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)配置悬浮液：按质量份数计算，将10000份自来水、5
‑
100份增稠剂、1
‑
5份分散剂、0.05
‑
0.5份消泡剂分别加入到搅拌罐内搅拌均匀，得到混合液，然后加入10
‑
500份短切纤维并混合均匀，得到纤维悬浮液；
[0017](2)毡坯成型：将步骤(1)中制备的纤维悬浮液输送到成型机，依次经过沉积、过滤、真空脱水后，在成型网上制得毡坯；
[0018]其中，沉积时间为40～200s，过滤时间为1～30s，抽真空时间为5～15s，抽真空时的真空度为350～450kpa。
[0019](3)配置溶胶：按质量份数计算，将560
‑
720份醇溶剂、70
‑
90份去离子水、1
‑
10份催化剂1、170
‑
195份硅源分别添加到水解釜内搅拌均匀，得到水解液；将水解液与催化剂2按质量比10
‑
30:1混合均匀，得到溶胶；
[0020](4)涂胶：将经步骤(2)得到的毡坯转移到施胶网上，通过施胶器在毡坯上均匀地浸淋步骤(3)所得溶胶得到溶胶复合毡坯；
[0021](5)凝胶固化：溶胶复合毡坯送入烘箱或加热隧道中进行凝胶，得到凝胶毡；
[0022](6)收毡老化：凝胶毡和衬网经收卷机收卷成圆柱状或凝胶毡经切片码入工装后，放入老化罐中经溶剂浸泡加热老化；浸泡液为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种，浸泡液水含量不超过10％；浸泡液与溶胶中溶剂为同种物质，避免多种杂质引入，最终达到凝胶熟化。浸泡温度为50
‑
70℃，时间为4
‑
24h。
[0023](7)干燥成品：将老化后的凝胶毡转移至超临界干燥釜，经超临界干燥后即得成品。所述超临界干燥方式为CO2超临界或乙醇超临界干燥。所述CO2干燥温度为55
±
10℃；所述干燥压力为14mpa
±
2mpa；所述乙醇超临界干燥温度为＞245℃，压力为＞8mpa。
[0024]进一步，所述步骤(1)中，增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素或甲基纤维素；
[0025]分散剂为脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠或聚醚改性聚硅氧烷；消泡剂为聚二甲基硅氧烷。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，其特征在于，按重量百分含量计，包括纤维50%
‑
80%，气凝胶20%
‑
50%；所述气凝胶为SiO2气凝胶；该气凝胶湿法毡，25℃导热系数≤0.016W/（m
•
K），300℃导热系数≤0.032W/（m
•
K），500℃导热系数≤0.064W/（m
•
K）。2.根据权利要求1所述低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，其特征在于，所述气凝胶湿法毡的体积密度为120
‑
320kg/m3。3.根据权利要求1所述低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，其特征在于，所述气凝胶湿法毡在2MPa条件下的压缩率为50
‑
80%。4.根据权利要求1所述低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，其特征在于，所述纤维为普通玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、硅酸铝纤维、岩棉纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、硅酸镁纤维、莫来石纤维、预氧丝纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维中的一种或几种。5.根据权利要求1所述低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，其特征在于，所述纤维为普通玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、硅酸铝纤维、岩棉纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、硅酸镁纤维、莫来石纤维、预氧丝纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维中的两种或两种以上。6.根据权利要求1所述低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡，其特征在于，所述纤维的长度为1mm
‑
50mm，直径为1μm
‑
20μm。7.一种权利要求1
‑
6任一所述低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配置悬浮液：按质量份数计算，将10000份自来水、5
‑
100份增稠剂、1
‑
5份分散剂、0.05
‑
0.5份消泡剂分别加入到搅拌罐内搅拌均匀，得到混合液，然后加入10
‑
500份短切纤维并混合均...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇亮，陈德志，周蕊，陈翠翠，田健，徐妥夫，
申请(专利权)人：中化学华陆新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：