一种制备耐热纤维复合氧化铝-二氧化硅杂化气凝胶的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备耐热纤维复合氧化铝

【技术实现步骤摘要】
一种制备耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的方法


[0001]本说明书涉及气凝胶制备
，具体涉及一种制备耐热纤维复合氧化5铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的方法。

技术介绍

[0002]氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶所具有的三维纳米多孔网络骨架结构赋予了其超低的密度、超高的孔隙率和极低的导热系数。同时，其中的SiO2可以显
[0003]著的降低氧化铝在气凝胶中的堆密度，抑制高温下γ
‑
Al2O3向α
‑
Al2O3的相转0变，使其具备优异的高温热稳定性能。因此，氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶作
[0004]为高温环境应用保温隔热材料在航空航天、军工产业、化学化工等领域具有广阔的应用前景。但是，氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的三维纳米多孔网络骨架结构在带来了上述一系列优异特性的同时，也使其力学性能极差，表现为脆性
[0005]且易碎，严重限制了其实际应用。鉴于此，研究人员普遍选取耐热纤维作为增5强相来强化其基体强度，大幅提高了其宏观力学性能，使其具备了一定的可实
[0006]用性。作为气凝胶制备流程中最为关键的一步，凝胶的干燥过程直接决定了气凝胶的最终热学和力学性能，因此选择合适的干燥工艺对于气凝胶的制备至关重要。目前，耐热纤维增强氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶复合材料的干燥方式主要为超临界干燥工艺和常压干燥工艺。
[0007]0公开号为CN108854872A、申请号为CN201710330966.5、公开日为2018年11月23日的中国专利中公开了一种耐高温硅铝复合短切莫来石纤维气凝胶的制备方法，具体步骤为：将聚乙二醇加入到去离子水与乙醇的混合溶剂中，依次加入铝盐、正硅酸四乙酯、环氧丙烷搅拌；将莫来石短切纤维加入混合溶
[0008]液中待其凝胶；凝胶经过老化与置换后进行超临界干燥，得到一定形状的硅铝5复合短切莫来石纤维气凝胶。
[0009]公开号为CN109095883B、申请号为CN201810923111.8、公开日为2019年02月22日的中国专利中公开了一种纤维增强氧化硅
‑
氧化铝二元气凝胶复合材料的制备方法，具体步骤为：对纤维进行酸处理；将氧化铝与酸混合后得到氧化铝溶胶；将制备的氧化铝溶胶与碱溶液、氧化硅溶胶混合均匀后得到溶液；将酸处理后的纤维与所述溶液混合均匀后进行分散得到浆料，倒入成型模具凝胶，得到纤维复合氧化铝
‑
氧化硅二元湿凝胶；经过超临界干燥，得到纤维增强氧化硅
‑
氧化铝二元气凝胶的复合材料。
[0010]公开号为CN105727853A、申请号为CN201610067011.0、公开日为2016年07月06日的中国专利中公开了一种纤维针刺毯复合硅铝气凝胶保温板的方法，具体步骤为：将偏铝酸钠水溶液与水玻璃溶液混合后得到前驱混合溶液；将纤维针刺毯浸入前驱混合溶液静置等待凝胶；将复合凝胶浸入乙醇进行老化，经过溶剂置换与改性；对完成改性的复合凝胶进行常压干燥，得到了纤维针刺毯复合硅铝气凝胶保温板。
[0011]目前，耐热纤维增强氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶复合材料主要通过以乙醇为干
燥介质的高温超临界干燥工艺，以CO2为干燥介质的低温超临界干燥工艺和常压干燥工艺制备。其中，高温或低温超临界干燥工艺需要在高压环境中进行，操作环境严苛、危险性大，且所需配套的特种设备价格昂贵、能耗很高，整体生产成本极高。常压干燥工艺制备过程繁杂、生产周期冗长、产品质量相对较差，而且湿凝胶严重依赖甲硅烷基化改性来提高气凝胶的体积保持率，因此需使用大量试剂，对环境污染性较大。上述问题的存在极大限制了耐热纤维增强氧化铝气凝胶复合材料的实际规模化应用。

技术实现思路

[0012]有鉴于此，本说明书实施例提供一种制备耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的方法，达到制备出完整性好、比表面积高、绝热性好、热稳定性优异的耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的目的。
[0013]本说明书实施例提供以下技术方案：
[0014]一种制备耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的方法，包括：
[0015]步骤1、配置一定摩尔比的有机硅源、醇类溶剂、一元酸、去离子水混合搅拌一定时间后，静置水解，得到二氧化硅溶胶预制液；
[0016]步骤2、配置一定摩尔比的无机铝盐、去离子水、醇类溶剂混合搅拌一定时间后静置水解，得到氧化铝溶胶预制液；
[0017]步骤3、将步骤1与步骤2中的二氧化硅及氧化铝溶胶预制液按照一定的硅铝摩尔比进行混合搅拌，随后加入一定量的甲基环氧乙烷再次搅拌，制备得到氧化铝
‑
二氧化硅杂化溶胶；
[0018]步骤4、在马弗炉中对微米级耐热纤维预制体进行热处理除去表面残留的有机物质，随后将其完全浸入酸碱溶液中进行表面改性，取出用去离子水清洗干净后放入真空干燥箱中干燥备用；
[0019]步骤5、在真空浸渍箱中将步骤3所得的氧化铝
‑
二氧化硅杂化溶胶倒入装有表面改性后的微米级耐热纤维预制体的模具中，使耐热纤维预制体完全浸没于杂化溶胶中，静置等待凝胶；
[0020]步骤6、将步骤5中制得的耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化凝胶密封后静置陈化；
[0021]步骤7、使用置换液对陈化后的耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化凝胶进行溶剂置换，将凝胶中的原溶剂完全替换为置换液；
[0022]步骤8、对步骤7中溶剂置换后的耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化凝胶进行预冻处理，随后将其置于冻干机内进行真空冷冻干燥，得到微米级耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶。
[0023]进一步地，步骤1中，有机硅源包括硅酸四甲酯和硅酸四乙酯及其混合溶剂；醇类溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇及其混合溶剂；一元酸包括硝酸、盐酸、冰乙酸及其混合溶剂；二氧化硅溶胶预制液的硅酸四甲酯和/或硅酸四乙酯：醇类溶剂：一元酸：去离子水的摩尔比为1：(8～13)：(0.2～0.4)：(1～2)，混合搅拌时间为1h～3h，水解环境温度为35℃～60℃，水解时间为6h～12h。
[0024]进一步地，步骤2中，铝盐包括六水合氯化铝、九水合硝酸铝；醇类溶剂包括甲醇、
乙醇、异丙醇及其混合溶剂；氧化铝溶胶预制液的无机铝盐：去离子水：醇类溶剂的摩尔比为1：(25～38)：(7～12)；混合搅拌时间为1h～2h，水解环境温度为15℃～35℃，水解时间为2h～5h。
[0025]进一步地，步骤3中，甲基环氧乙烷与步骤2中无机铝盐的摩尔比为(6～9)：1；硅铝摩尔比Si：Al为(4～10)：1；第一次搅拌时间为10min～30min，第二次搅拌时间为10min～15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的方法，其特征在于，包括：步骤1、配置一定摩尔比的有机硅源、醇类溶剂、一元酸、去离子水混合搅拌一定时间后，静置水解，得到二氧化硅溶胶预制液；步骤2、配置一定摩尔比的无机铝盐、去离子水、醇类溶剂混合搅拌一定时间后静置水解，得到氧化铝溶胶预制液；步骤3、将所述步骤1与所述步骤2中的二氧化硅及氧化铝溶胶预制液按照一定的硅铝摩尔比进行混合搅拌，随后加入一定量的甲基环氧乙烷再次搅拌，制备得到氧化铝
‑
二氧化硅杂化溶胶；步骤4、在马弗炉中对微米级耐热纤维预制体进行热处理除去表面残留的有机物质，随后将其完全浸入酸碱溶液中进行表面改性，取出用去离子水清洗干净后放入真空干燥箱中干燥备用；步骤5、在真空浸渍箱中将所述步骤3所得的氧化铝
‑
二氧化硅杂化溶胶倒入装有表面改性后的微米级耐热纤维预制体的模具中，使耐热纤维预制体完全浸没于杂化溶胶中，静置等待凝胶；步骤6、将所述步骤5中制得的耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化凝胶密封后静置陈化；步骤7、使用置换液对陈化后的耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化凝胶进行溶剂置换，将凝胶中的原溶剂完全替换为置换液；步骤8、对所述步骤7中溶剂置换后的耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化凝胶进行预冻处理，随后将其置于冻干机内进行真空冷冻干燥，得到微米级耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述的有机硅源为硅酸四甲酯和硅酸四乙酯及其混合溶剂；所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇及其混合溶剂；所述一元酸包括硝酸、盐酸、冰乙酸及其混合溶剂；所述二氧化硅溶胶预制液的正硅酸四甲酯和/或硅酸四乙酯：醇类溶剂：一元酸：去离子水的摩尔比为1：(8～13)：(0.2～0.4)：(1～2)，混合搅拌时间为1h～3h，水解环境温度为35℃～60℃，水解时间为6h～12h。3.根据权利要求1所述的制备耐热纤维复合氧化铝
‑
二氧化硅杂化气凝胶的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述铝盐包括六水合氯化铝、九水合硝酸铝；所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇及其混合溶剂；所述氧化铝溶胶预制液的无机铝盐：去离子水：醇类溶剂的摩尔比为1：(25～38)：(7～12)；混合搅拌时间为1h～2h，水解环境温度为15℃～35℃，水解时间为2h～5h。4.根据权利要求1所述的制备耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张航，马毓，朱震庭，陈哲，唐瑾晨，李强，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：