【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维增强复合材料，具体涉及一种可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、气凝胶材料内部含有大量多孔结构、密度小，对其内部孔径调控后可实现其对太阳光的高效反射，有应用于辐射制冷的潜力。然而，传统的气凝胶存在结构强度低、松脆性较高等特点，无法大规模应用于建筑节能领域，通过适当加入纤维增强材料可弥补材料在力学性能方面缺陷。专利cn111074672a公布了一种低温用玻纤气凝胶复合纸，其方式是使玻纤纸饱和吸收硅溶胶，于特定条件下凝胶、陈化，通过烷基化试剂表面改性，超临界流体co2干燥，制备了力学性能较好的玻纤增强气凝胶。
2、为了安全的输送lng(液化天然气)等低温流体，管道材料需要具备低温冲击韧性，防止管系的脆裂和脆断，同时在高压条件下能表现较好的机械强度，具有耐压和抗管外荷载作用的能力。然而现有的管道材料无法满足低温流体管道材料的高辐射制冷、高抗压强度、低热导率的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料及其制备方法，旨在提供一种适用于输送低温流体的管道用纤维增强气凝胶复合材料，该材料具备低温冲击韧性，防止管系的脆裂和脆断，同时在高压条件下能表现较好的机械强度，具有耐压和抗管外荷载作用的能力。
2、为实现上述目的，本专利技术提出一种可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料，包括：
3、基体，所述基体为多孔硅杂化醋酸纤维素，所述多孔硅杂化醋酸纤维素中分
4、增强体，所述增强体为改性短切玻璃纤维，所述改性短切玻璃纤维分散于所述基体内。
5、可选地，所述连通孔道的孔径为1～3μm；和/或，
6、所述连通孔道的孔隙率为93～97％。
7、本专利技术还提出一种如上所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8、制备改性短切玻璃纤维：按质量计，将1份短切玻璃纤维置于320～350℃下热处理8～10min，再与250～300份硅酸酯溶液混合，搅拌24～48h，取出后真空干燥制得改性短切玻璃纤维；
9、制备硅溶胶：按质量计，取1份硅酸酯、10～12份溶剂、0.02～0.03份催化剂、20～25份水混合搅拌，搅拌反应3～4h，得到硅溶胶；
10、制备玻纤分散液：按质量计，将1份醋酸纤维素、0.5～1.2份硅溶胶与10～25份有机溶剂混合搅拌至完全溶解，加入0.1～0.4份所述改性短切玻璃纤维，搅拌，并静置2～5min，于-30～-25℃下低温处理2～4h，得到玻纤分散液；
11、制备纤维增强气凝胶复合材料：在所述玻纤分散液的表面喷洒去离子水，至玻纤分散液完全凝胶化，取出凝胶置于去离子水中置换6～8次，置换间隔0.5～0.7h，再预冷冻12～24h，并冷冻干燥，再置于120～160℃真空中进行热交联处理12～14h，得到可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料。
12、可选地，在制备改性短切玻璃纤维的步骤中，所述短切玻璃纤维为高折玻璃纤维，所述高折玻璃纤维的折射率为1.58～1.60；和/或，
13、所述高折玻璃纤维的单丝直径为5～10μm；和/或，
14、所述高折玻璃纤维的平均单根纤维长度为0.5～2cm。
15、可选地，在制备改性短切玻璃纤维和制备硅溶胶的步骤中，所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、硅酸四丁酯之中的至少一种；
16、所述硅酸酯溶液为硅酸酯、hcl和水的混合液，所述硅酸酯溶液中硅酸酯、hcl和水的质量比为1:(0.01～0.02):(20～25)。
17、可选地，在制备硅溶胶的步骤中，所述溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺之中的任一种；和/或，
18、所述催化剂为浓盐酸、浓硝酸、冰醋酸之中的任一种。
19、可选地，在制备玻纤分散液的步骤中，所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、二恶烷、n-甲基吡咯烷酮、碳酸二乙酯之中的至少一种。
20、可选地，在制备纤维增强气凝胶复合材料的步骤中，采用电动喷雾器喷洒去离子水；和/或，
21、所述去离子水的喷雾流量为15～20ml/min；和/或，
22、所述去离子水的喷洒水温为50～60℃。
23、可选地，在制备纤维增强气凝胶复合材料的步骤中，所述预冷冻的温度为-40～-30℃。
24、所述冷冻干燥的温度为-85℃～-75℃；和/或，
25、所述冷冻干燥的时间为12～18h；和/或，
26、所述冷冻干燥的真空度3～5pa。
27、本专利技术还提出一种纤维增强气凝胶复合材料的应用，将如上所述的纤维增强气凝胶复合材料用于低温流体输送管道中。
28、本专利技术的有益效果在于：
29、(1)本专利技术提供的纤维增强气凝胶复合材料以多孔硅杂化纤维素为基体，以改性高折射率短切玻璃纤维为增强体，形成杂化高分子-短切纤维-空气孔三相结构，具有低热导率、高辐射制冷特性及高抗压强度等特点。
30、(2)利用硅酸酯对玻纤进行表面改性，可提升其表面与硅溶胶和纤维素溶液的相容性，促使其在分离过程与高分子材料融合，减少可能出现团聚行为对其内部孔道的挤压破坏，以便获得孔径分布较窄的孔道，同时玻纤的引入将极大改善气凝胶材料的抗压缩性和松脆问题，同时配合硅杂化体系，赋予气凝胶一定的阻燃性能，离火后可自发熄灭。
31、(3)采用酸催化体系对硅酸酯进行水解，并抑制硅羟基的缩合反应，得到低聚合度聚硅氧烷溶胶，再将其与醋酸纤维素混合，利用其与纤维素分子的氢键作用，促使纤维素与硅氧烷分子在溶剂中形成均匀分散体系，其中硅氧烷中硅羟基与纤维素内羟基进行醚化反应，形成低度交联网络，最后进行真空高温热处理，可进一步促使其中硅羟基与纤维素内羟基反应，形成高度交联体系，使得气凝胶材料抗压缩性能显著提升。
32、(4)利用凝胶化-冷冻干燥相结合的制备方法在硅杂化醋酸纤维素基体中构筑了大量微米级多孔结构，孔道结构与材料折射率匹配后实现了其对太阳光波段光线的高效散射，获得了高发射率，最大限度减少了材料表面吸收太阳辐射带来的升温现象，硅杂化纤维素中含有大量c-o、c-o-si、si-o-si等化学键，使得材料具有较高的红外大气窗口发射率，能有效辐射红外线至外太空，实现被动辐射制冷，自发降低物体表面温度。同时由于孔道内部含有大量空气，其导热系数较低，能起到保冷隔热的作用，削弱了外界高温环境向材料内表面的热量传递过程，满足了低温流体的输送要求。
33、(5)采用流量可控的电动喷雾装置在玻纤分散液中加入50～60℃去离子水，能实现水分子从表面向溶液内部的快速渗透，雾态水能减少水滴对凝胶表面平整度的影响，同时也提高了硅杂化醋酸纤维素材料的析出和结晶速率，保证了微米直径水滴模板在基体内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料，其特征在于，所述连通孔道的孔径为1~3μm；和/或，
3.一种如权利要求1所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备改性短切玻璃纤维的步骤中，所述短切玻璃纤维为高折玻璃纤维，所述高折玻璃纤维的折射率为1.58~1.60；和/或，
5.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备改性短切玻璃纤维和制备硅溶胶的步骤中，所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、硅酸四丁酯之中的至少一种；
6.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备硅溶胶的步骤中，所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺之中的任一种；和/或，
7.如权利要求3所
8.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备纤维增强气凝胶复合材料的步骤中，采用电动喷雾器喷洒去离子水；和/或，
9.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备纤维增强气凝胶复合材料的步骤中，所述预冷冻的温度为-40~-30℃；和/或，
10.一种纤维增强气凝胶复合材料的应用，其特征在于，将如权利要求1所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料或如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法制备得到的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料用于低温流体输送管道中。
...【技术特征摘要】
1.一种可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料，其特征在于，所述连通孔道的孔径为1~3μm；和/或，
3.一种如权利要求1所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备改性短切玻璃纤维的步骤中，所述短切玻璃纤维为高折玻璃纤维，所述高折玻璃纤维的折射率为1.58~1.60；和/或，
5.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备改性短切玻璃纤维和制备硅溶胶的步骤中，所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、硅酸四丁酯之中的至少一种；
6.如权利要求3所述的可用于流体输运管道的纤维增强气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在制备硅溶胶的步骤中，所述溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳梅，黄裕中，周钰明，卜小海，张小红，卞冬明，张永成，陈颖敬，吴宏亮，申华，
申请(专利权)人：中裕软管科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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