隔热气凝胶复合材料及其在传感器外壳中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种隔热气凝胶复合材料及其在传感器外壳中的应用，涉及隔热气凝胶材料技术领域。本发明专利技术通过疏水耐磨助剂引入具有低表面自由能、增粘增强、耐磨特性的结构或成分，分散于气凝胶的纳米多孔三维网状结构内，显著提高了气凝胶复合材料的疏水性能、耐磨性能和热稳定性；高韧性耐收缩助剂由于其高韧性的三维交联网络结构，渗透入气凝胶结构内，显著提高了气凝胶的冲击性能和弯曲强度。将该隔热气凝胶复合材料填充于飞行员面罩用的氧传感器外壳内后，一方面阻隔热量的散失，避免飞行员呼吸产生的水气渗入三维网状结构内而影响传感器的工作性能，一方面提高氧传感器外壳在高空低温低压环境下的防爆性能。空低温低压环境下的防爆性能。

【技术实现步骤摘要】
隔热气凝胶复合材料及其在传感器外壳中的应用


[0001]本专利技术属于隔热气凝胶材料
，具体涉及隔热气凝胶复合材料及其在传感器外壳中的应用。

技术介绍

[0002]目前，各种基于不同前驱体的气凝胶被不断合成，例如氧化硅气凝胶、纤维素气凝胶、碳气凝胶、石墨烯气凝胶、硫族化合物气凝胶、新型纳米管气凝胶等。其中，二氧化硅气凝胶以其优异的性能受到广泛关注，其孔隙率可高达90％以上，且具有超低的密度、超大的比表面积，室温下导热系数低至0.012W/(m
·
K)。但是，单纯的二氧化硅气凝胶其骨架非常脆弱，极易碎，力学性能差，极大限制了其在实际生产中的应用。
[0003]授权公告号为CN113045257B的专利技术专利公开了一种复合气凝胶，由SiC纳米颗粒、硅溶胶、乙醇、水和二甲基甲酰胺的混合液凝胶化再常压干燥得到；SiC纳米颗粒选自KH
‑
570改性的SiC纳米颗粒。此外，还公开了该复合气凝胶的制备方法以及由该复合气凝胶得到的气凝胶隔热复合材料及其制备方法。该复合材料不仅隔热保温效果更好；同时力学性能更佳。但是应用至传感器外壳的气凝胶隔热材料，没有通过纤维素与其他助剂配合来提供强韧的支撑骨架，同时对助剂进行改性来复配提高复合材料的疏水性能、耐磨性能和热稳定性，以进一步保障传感器的工作温度和防爆性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种隔热气凝胶复合材料及其在传感器外壳中的应用，用于解决现有技术中没有通过纤维素与其他助剂配合来提供强韧的支撑骨架，同时对助剂进行改性来复配提高复合材料的疏水性能、耐磨性能和热稳定性，以进一步保障传感器的工作温度和防爆性能的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种隔热气凝胶复合材料，由纤维素溶解分散得到纤维素溶液，纤维素溶液与硅源水溶液混合除泡得到硅源纤维素混合溶液，硅源纤维素混合溶液与疏水耐磨助剂混合后调节pH得到湿凝胶溶液，湿凝胶溶液经过陈化、老化后，置于高韧性耐收缩助剂中，混合除泡、加热干燥得到隔热气凝胶复合材料。
[0007]作为本专利技术进一步改进的方案，该隔热气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]溶解分散：将纤维素溶解于5～10wt％的氢氧化钠水溶液中，搅拌20～40min，得到纤维素溶液；
[0009]混合除泡：纤维素溶液与硅源水溶液按照重量比5～8：6～9混合后，搅拌1～2小时，真空除泡，得到硅源纤维素混合溶液；
[0010]疏水抗压改性：向硅源纤维素混合溶液内加入其重量6～12％的疏水耐磨助剂，升温至80～90℃，搅拌状态下滴加1～3mol/L的乙酸溶液，调节pH至6～7，继续保温反应3～5
小时得到湿凝胶溶液；
[0011]陈化老化：湿凝胶溶液在避光的条件下陈化2～4天，再置于30～45℃下老化3～5小时得到老化凝胶粗品；
[0012]除泡干燥：向老化凝胶粗品中加入其重量15～30％的高韧性耐收缩助剂，真空除泡，90～110℃常压干燥至恒重，得到隔热气凝胶复合材料。
[0013]作为本专利技术进一步改进的方案，所述疏水耐磨助剂的制备方法包括以下步骤：
[0014]将酶解木质素加入到四氢呋喃中，以400～600rpm转速搅拌4～6小时，在8000～10000rpm的转速下离心分层，减压抽滤除去不溶性杂质，上清液减压浓缩除去四氢呋喃，得到纯化木质素；
[0015]将纯化木质素溶解于四氢呋喃中，搅拌均匀得到纯化木质素溶液，将去离子水通过恒压滴液漏斗滴加至纯化木质素溶液中，滴加完毕后升温至65～70℃，保温搅拌使四氢呋喃完全挥发，得到纯化木质素水悬液，冷冻干燥72小时得到固体木质素粉末；
[0016]将乙烯
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乙烯醇共聚物粉末加入去离子水中，在80～90℃下加热搅拌4～6小时，加入固体木质素粉末，再加入戊二醛，600～800rpm转速下搅拌4～6小时，再加入全氟辛基三甲氧基硅烷，混合均匀后，110～120℃烘干至恒重得到疏水耐磨助剂。
[0017]作为本专利技术进一步改进的方案，所述酶解木质素由酶解玉米秸秆制备能源酒精的残渣中分离得到，酶解木质素与四氢呋喃的用量比为1g：20～30mL；所述纯化木质素与四氢呋喃、去离子水的用量比为3～5mg：10～20mL：20～30mL；所述乙烯
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乙烯醇共聚物粉末与去离子水、固体木质素粉末、戊二醛、全氟辛基三甲氧基硅烷的用量比为1g：8～10mL：6～10g：0.02～0.05g：0.2～0.6g。
[0018]作为本专利技术进一步改进的方案，所述高韧性耐收缩助剂的制备方法如下：将双酚A双烯丙基醚加入配备有电动搅拌器、回流冷凝管和温度计的四口烧瓶内，升温至130～140℃，加入N,N'
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(4,4'
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亚甲基二苯基)双马来酰亚胺，保温搅拌反应30～40min，加入对三氟甲基苯乙炔，待自然降温至110～120℃后，保温搅拌反应30～40min，得到棕红色的改性双马来酰亚胺树脂预聚体；将改性双马来酰亚胺树脂预聚体注入预热的浇注模具内，100～110℃真空脱泡40～50min，自然冷却固化，粉碎过20目筛得到高韧性耐收缩助剂。
[0019]制备高韧性耐收缩助剂时，生成改性双马来酰亚胺树脂预聚体时可能发生的化学反应式如下：
[0020][0021][0022]作为本专利技术进一步改进的方案，所述双酚A烯丙基醚与N,N'
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(4,4'
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亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、对三氟甲基苯乙炔的摩尔比为1：4：2～3。
[0023]作为本专利技术进一步改进的方案，所述纤维素与氢氧化钠水溶液的质量体积比为4～6g：40～50mL；所述硅源水溶液的浓度为8～12wt％，硅源为工业水玻璃，模数为2～3。
[0024]本专利技术还提供了上述隔热气凝胶复合材料在传感器外壳中的应用，具体是将隔热气凝胶复合材料填充于飞行员面罩用的氧传感器外壳内，用于隔绝氧传感器工作时产生的热量，保持高空低温环境下氧传感器的工作温度，并且能够延缓爆炸冲击波的能量。
[0025]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术的隔热气凝胶复合材料，采用纤维素溶液与硅源水溶液混合除泡得到硅源纤维素混合溶液，添加疏水耐磨助剂改性后调节pH得到湿凝胶溶液，陈化老化得到老化
凝胶粗品，与高韧性耐收缩助剂混合后真空除泡、加热干燥得到隔热气凝胶复合材料。纤维素与疏水耐磨助剂为气凝胶提供强韧的支撑骨架的基础上，纤维素可生物降解，低毒环保；通过疏水耐磨助剂引入具有低表面自由能、增粘增强、耐磨特性的结构或成分，分散于气凝胶的纳米多孔三维网状结构内，显著提高了气凝胶复合材料的疏水性能、耐磨性能和热稳定性；高韧性耐收缩助剂由于其高韧性的三维交联网络结构，渗透入气凝胶结构内，显著提高了气凝胶的冲击性能和弯曲强度。将该隔热气凝胶复合材料填本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.隔热气凝胶复合材料，其特征在于，由纤维素溶解分散得到纤维素溶液，纤维素溶液与硅源水溶液混合除泡得到硅源纤维素混合溶液，硅源纤维素混合溶液与疏水耐磨助剂混合后调节pH得到湿凝胶溶液，湿凝胶溶液经过陈化、老化后，置于高韧性耐收缩助剂中，混合除泡、加热干燥得到隔热气凝胶复合材料。2.根据权利要求1所述的隔热气凝胶复合材料，其特征在于，该隔热气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：溶解分散：将纤维素溶解于5～10wt％的氢氧化钠水溶液中，搅拌20～40min，得到纤维素溶液；混合除泡：纤维素溶液与硅源水溶液按照重量比5～8：6～9混合后，搅拌1～2小时，真空除泡，得到硅源纤维素混合溶液；疏水抗压改性：向硅源纤维素混合溶液内加入其重量6～12％的疏水耐磨助剂，升温至80～90℃，搅拌状态下滴加1～3mol/L的乙酸溶液，调节pH至6～7，继续保温反应3～5小时得到湿凝胶溶液；陈化老化：湿凝胶溶液在避光的条件下陈化2～4天，再置于30～45℃下老化3～5小时得到老化凝胶粗品；除泡干燥：向老化凝胶粗品中加入其重量15～30％的高韧性耐收缩助剂，真空除泡，90～110℃常压干燥至恒重，得到隔热气凝胶复合材料。3.根据权利要求2所述的隔热气凝胶复合材料，其特征在于，所述疏水耐磨助剂的制备方法包括以下步骤：将酶解木质素加入到四氢呋喃中，以400～600rpm转速搅拌4～6小时，在8000～10000rpm的转速下离心分层，减压抽滤除去不溶性杂质，上清液减压浓缩除去四氢呋喃，得到纯化木质素；将纯化木质素溶解于四氢呋喃中，搅拌均匀得到纯化木质素溶液，将去离子水通过恒压滴液漏斗滴加至纯化木质素溶液中，滴加完毕后升温至65～70℃，保温搅拌使四氢呋喃完全挥发，得到纯化木质素水悬液，冷冻干燥72小时得到固体木质素粉末；将乙烯
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乙烯醇共聚物粉末加入去离子水中，在80～90℃下加热搅拌4～6小时，加入固体木质素粉末，再加入戊二醛，600～800rpm转速下搅拌4～6小时，再加入全氟辛基三甲氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，李彤，
申请(专利权)人：安徽省安瑞机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：