一种硬硅钙石复合超级绝热材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硬硅钙石复合超级绝热材料及其制备方法。它由下述原料按重量百分比混合而成：ＳｉＯ２气凝胶４０－８０％、红外遮光剂５－４０％、增强纤维０－２５％。本发明专利技术采用超细直径硬硅钙石纤维相互缠绕形成的具表面疏松结构的二次粒子，与以工业水玻璃为硅源制备的ＳｉＯ２气凝胶先驱体预先进行复合；在真空脱水的硬硅钙石二次粒子松散堆积体中，充填ＳｉＯ２气凝胶先驱体，经成胶、表面改性后进行干燥。硬硅钙石二次粒子内部及外壳充满有气凝胶，形成硬硅钙石－气凝胶复合粉末。而后将其与红外遮光剂和增强纤维混合均匀，在带有负压装置的成型设备中压制成型即可。本发明专利技术工艺简单，成本低廉，所制备的硬硅钙石复合超级绝热材料性能优越，可用于热力装置和高温管道的绝热保温。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机非金属材料领域，具体地说是一种硬硅钙石复合超级 绝热材料及其制备方法。
技术介绍
目前用于500'C以上的高温绝热材料主要包括①硅酸铝纤维及其制 品；②岩棉、矿渣棉及其制品；③玻璃棉制品(无碱超细玻璃棉)；④膨胀 蛭石及其复合材料；⑤石棉制品(泡沫石棉)。长期以来，上述绝热材料在 使用过程中，暴露出大量问题和使用缺陷，主要包括1) 绝热性能差常温导热系数0.06-0.2W/nvK，且随使用温度快速上 升，如在40(TC时高质量玻璃棉毯的导热系数为0.13W/m，K。导热系数大， 直接导致包敷厚度加大，以使用温度50(TC、直径为76mm的蒸汽管道为例， 做完保温层后其外部直径达300mm以上，占有大量有效容积，即便如此其 周围的环境温度仍很高，达到5(TC以上。2) 吸湿吸潮、腐蚀管路和设备纤维类绝热材料在海洋及高温高湿环 境中，容易吸湿潮解(吸水率97%以上)，且不易散发，导致管路、热力设 备、阀门等的过早腐蚀，影响其使用寿命和性能的发挥，造成维修经费的 大幅增长。3) 对人体有害更为严重的是，在维修和安装过程中纤维类绝热材料 还会造成放射性污染、剌激皮肤和引起呼吸系统疾病，严重危害人体健康， 国外被定为2B类致癌物质。4) 占有过多的有效空间和重量，导致周围环境拥挤不堪，人员可达性 差，设备维修不便。实际上，绝热材料的选型长期以来一直是困扰设计、维修和使用部门 的重大技术难题，国内绝热材料已到了不得不改的地步。在能源短缺的今 天，迫切需要一种绝热性能优良，对人体及设备无毒害，性质稳定，使用 寿命长的超级高效隔热材料。中国专利局授权的ZL200410009902. 8专利，采用硬硅l丐石二次粒子作 为硬质支撑骨架与Si02气凝胶复合，经超临界干燥得到硅酸钙复合纳米孔 超级绝热材料。这种材料作为蒸汽管道及其它动力高温装置的一种高效的 绝热材料，经试用效果良好。然而这种材料制备时采用价格昂贵的正硅酸 乙酯为硅质原料，而且制备工艺中采用超临界干燥方法，以乙醇和C02为超 临界介质。其中乙醇的超临界温度/压力分别为243。C/6.3MPa， C02的超临 界温度/压力为31.0°C/7.3MPa。这种硅酸钙复合纳米孔超级绝热材料生产 成本高，所需超临界干燥设备为高温、高压设备，这种设备的长期使用存 在很大的安全隐患。此外，根据ZL200410009902.8专利说明，这种硅酸钙复合纳米孔超级 绝热材料需经两次干燥过程才能实现。首先是硬硅钙石骨架的干燥，然后 是复合材料的干燥。从能源利用的角度出发，两次干燥工艺势必会增加材 料的制备成本。
技术实现思路
本专利技术目的就是增对现有技术工艺复杂、生产成本高的缺陷，提供一 种低成本制备硬硅钙石复合超级绝热材料的方法。本专利技术的技术方案是这样实现的它由下述原料按重量百分比混合而成Si02气凝胶40-80%、红外遮光剂5-40%、增强纤维0-25%，优选增强 纤维5-25%。本专利技术较好的技术方案是它由下述原料按重量百分比混合而成Si02气凝胶70%、红外遮光剂25%、增强纤维5%。其中所述的红外遮光剂为SiC、锆英石、金红石、锐钛矿石、赤铁矿石 或钛铁矿石。红外遮光剂粒径范围为0.5-10pm。最好l-5um。上述组分中 的红外遮光剂在80(TC-100(TC高温下性质稳定。其中所述的增强纤维为水镁石纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、莫来石 纤维、石英玻璃纤维或硬硅钙石纤维。增强纤维的直径为0.5-20pm，纤维 长度为0.5mm-20mm。最好1-5mm。上述组分中的增强纤维为在使用温度下 不发生分解、性质稳定，且对人体无害。本专利技术的制备方法依序包括下列步骤(1) 分别以工业石灰和400目石英粉为钙质、硅质原料，按钙/硅摩尔比为0.96-0. 99配制浆液，以锆/ (钙+硅)摩尔比为0.02掺加氧氯化 锆，水/固体物质量比为30-50，配好的料浆搅拌均匀后放入高压釜中，加 热并升温至22(TC，保温反应，得到硬硅钙石料桨；(2) 在工业水玻璃中按V /K:V城璃=(35 3) :1的比例加水稀释并搅拌 均匀，随后将水玻璃水溶液加入到强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂中搅拌， 以进行充分的离子交换，去除Na+离子后得到pH=2 3的硅酸，然后滴加 NHrH2Q制得先驱体硅酸溶液；其中，强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂使用 前需先经6%-8%的盐酸或硫酸浸泡8h以上，再经去离子水或蒸馏水洗涤至 中性，酸与离子交换树脂的体积比V酸:V交腿脂》3:10，水玻璃水溶液和强酸 性苯乙烯系阳离子交换树脂的体积比V 水玻璃水溶液 V交换树脂 《3:10;(3) 将硬硅钙石料浆采用真空抽滤方式脱水，形成具一定吸附水的硬 硅钙石二次粒子松散堆积体，将此松散堆积体装于容器中，在真空度《 100Pa下，将先驱体硅酸溶液倒吸入真空室，与硬硅钙石二次粒子松散堆积 体复合成硬硅钙石二次粒子-水凝胶混合物；(4) 将硬硅^!石二次粒子-水凝胶混合物在无水乙醇中浸泡，进行溶 剂交换得到硬硅钙石二次粒子-醇凝胶混合物，将硬硅钙石二次粒子-醇凝 胶混合物在含有三甲基氯硅烷的无水乙醇溶液中浸泡改性1 5天，取出后 用无水乙醇洗涤干净，干燥得到Si02气凝胶；(5) 将Si02气凝胶40-80%、红外遮光剂5-40%、增强纤维0-25%在高 速搅拌机中混合搅拌均匀，形成纤维-粉末混合物即得本专利技术。其中三甲基氯硅垸的无水乙醇溶液中三甲基氯硅烷的质量百分比为 1 200/0。本专利技术硬硅钙石复合超级绝热材料的物理性能与中国专利 ZL200410009902. 8所给出的产品性能比较如表1所示表1物理性能6<table>table see original document page 7</column></row><table>表明本专利技术的材料各项性能指标接近甚至超过中国专利ZL200410009902. 8所给出的产品性能指标，尤其500。C导热系数明显优于 中国专利ZL200410009902. 8所给出的指标。本专利技术材料在其使用温度范围 内，导热系数均低于静止空气所对应的值，强度大，体积密度适中。与现 用硅酸铝质纤维材料相比，导热系数大大降低，其平均50(TC导热系数只是 硅酸铝纤维的1/4以下，达到相同绝热效果，其厚度仅为硅酸铝纤维的 1/3-1/5。本专利技术方法具有以下优点-(1) 采用廉价工业原料水玻璃经离子交换树脂去除杂质离子后，低成本制 备Si02气凝胶先驱体。本专利技术采用的离子交换树脂去除水玻璃中的杂质， 而且树脂可再生后重复使用。(2) 采用真空脱水硬硅钙石中空二次粒子与以Si02气凝胶先驱体进行复 合，通过常压干燥，得到硬硅钙石-Si02气凝胶复合粉末，工艺方法简单。(3) 本专利技术在整个制备过程，只采用一次常压干燥，摒除超临界干燥，因 而工艺更加简便，易实现规模化生产。具体实施例方式实施例1:(1)分别以工业石灰和400目石英粉为钙质、硅质原料，按钙/硅摩尔比为0.98配制浆液，以锆/ (钙+硅)摩尔比为0.02掺加氧氯化锆， 水/固体物质量比为40，配好的料浆搅拌均匀后放入高压釜中，加热并升 温至22(TC，保温反应，得到硬硅钙石料浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬硅钙石复合超级绝热材料，它由下述原料按重量百分比混合而成：ＳｉＯ２气凝胶４０－８０％、红外遮光剂５－４０％、增强纤维０－２５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨自春，陈德平，倪文，曹跃云，陈俊，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]