一种一元或多元气凝胶隔热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一元或多元气凝胶隔热材料及其制备方法，包括配制溶胶、溶胶固化成凝胶、老化、干燥步骤或包括配制溶胶、制作预制体、浸渗、凝胶、老化、干燥步骤。本发明专利技术的隔热材料中气凝胶组分为一元或多元构成，灵活的调整单一组分构成，使得气凝胶的特性发挥更加完美，可适用于不同的耐温领域，针对不同的耐温领域使用不同组分构成的气凝胶隔热材料的隔热效果更为高效，本发明专利技术的一元或多元复合气凝胶隔热材料的生产成型方法，是一套比较完整的、连续的、成本较为低廉的工艺，可用于工业方法生产中，生产出的高隔热性能的气凝胶隔热材料使用领域广阔、使用温度广，可以满足不同行业的军工领域、民用领域、特殊要求的热保护领域等的使用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气凝胶隔热材料及其制备方法，更具体地，本专利技术涉及一种一元或多元复合气凝胶隔热材料及其制备方法。
技术介绍
气凝胶复合隔热材料是一种新型隔热材料，其隔热效果可达常规隔热材料的7倍以上，因此被称为超级隔热材料。气凝胶复合隔热材料广泛应用于军用、民用和航天等各个领域，典型的应用实例包括航天飞机外表面隔热瓦；勇气号火星探测车隔热毡；星尘号空间探测器捕捉器；F-22飞机发动机热屏蔽结构；墨西哥湾海底石油管道等。作为一种高效隔热材料，气凝胶复合隔热材料广泛应用在热力管道、化工、冶金、工业窑炉、造船等民用领域可以大幅节约能源，该项技术的发展对于提升产业层次，建设绿色经济具有重要意义。就目前发展状况来说，国内外生产气凝胶复合隔热材料成型工艺多数停留在实验室研发阶段，对于工业化生产的成熟工艺很少，且生产出的气凝胶材料在不同温度环境使用的隔热效果、力学性能、均不能满足实际应用的需求，且整个生产成本也过高。生产出的产品在不同领域应用中都存在一些应用性能缺陷，如能耐高温但隔热效果、疏水效果或防火性能差；使用部位比特殊形状，隔热层不贴和使得隔热效果大大降低。同时，大部分的工艺，所使用的设备要求高或者工艺要求高或者性能兼容性不足，使得产量少或者生产成本相当昂贵，这都限制了其连续化生产的能力，也限制了其在广阔的民用领域的推广使用，特别是高低温应用领域的环境应用。如氧化铝气凝胶生成工艺中，溶胶配制环节使用的有机或无机铝盐作为先躯体，配制过程均要在高温室温条件下通过特殊装置来实现，如中国专利CN200710034510. O中需要通过回流装置升温至60_80°C的条件下完成后再冷却至室温， 且老化时间也长，这使得连续生产工艺要求高，能耗高，成本也高，若使用有机铝盐，原材料成本也相当高，这都限制了氧化铝气凝胶的工业化生产。国内外一些研究机构和生产气凝胶材料的企业，研究的气凝胶隔热材料，大多数的使用温度不够广，不同环境对应的性能不够贴切，特别是不能满足高温领域的应用，如800°C以上就出现使用缺陷，成本低廉的工业化生产工艺也受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种完整、连续、成本较为低廉的新的气凝胶隔热材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取了以下技术方案一种气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下步骤(I)配制溶胶以摩尔比计，将正硅酸乙酯水95%乙醇=I : 3 5 : 3 28搅拌混合，加入酸性催化剂至pH为5. 5 6，再加入碱性催化剂至pH为6. 5 7，继续搅拌，即得氧化硅溶胶；所述酸性催化剂为氢氟酸、硝酸或冰醋酸；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；或以摩尔比计，将无机铝盐水95%乙醇=I O. 5 8 4 27搅拌混合，加入与无机铝盐的摩尔比为O. 2 5 I的环氧丙烷，再加入0.01-2mol碱性催化剂搅拌，即得氧化铝溶胶；所述无机铝盐为硝酸铝、氯化铝或偏铝酸钠；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；氧化铝溶胶的配制环境是在室温下进行，无需升温加热，无需特殊装置，利用其自身的水解缩聚放热反应即可实现；(2)溶胶固化成凝胶；(3)老化将凝胶置于40 50°C中预老化O. 5 lh，再常温放置，总老化时间小于24小时；(4)干燥使用超临界流体干燥，得所述气凝胶隔热材料。本专利技术还可以采取以下技术方案一种气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下步骤(I)配制溶胶以摩尔比计，将正硅酸乙酯水95%乙醇=I : 3 5 : 3 28搅拌混合，加入酸性催化剂至PH为5. 5-6，再加入碱性催化剂至pH为6. 5-7,继续搅拌，即得氧化硅溶胶；所述酸性催化剂为氢氟酸、硝酸或冰醋酸；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；或以摩尔比计，将无机铝盐水95%乙醇=I O. 5 8 4 27搅拌混合，加入与无机铝盐的摩尔比为O. 2-5 I的环氧丙烷，继续搅拌，再加入0.01-2mol碱性催化剂搅拌，即得氧化铝溶胶；所述无机铝盐为硝酸铝、氯化铝或偏铝酸钠；所述碱性催化剂为氨水或碳酸铵缓冲液；氧化铝溶胶的配制环境是在室温下进行，无需升温加热，无需特殊装置，利用其自身的水解缩聚放热反应即可实现；(2)将幅宽O. 3 2. O米，长度O. 6 60米的增强纤维毡制作成原始密度卷毡或将幅宽O. 2 2. O米，长度O. 6 I. 5米的增强纤维毡压制成不同密度的毡块，作为预制体；增强纤维预制体的两种方式预制，赋予气凝胶复合隔热材料可以是柔韧性极佳的级别， 硬度极佳的不可弯折的级别，能够针对性的解决不同使用环境要求的热性膨胀、强度要求问题，不同使用区域的特殊性要求，如在圆面应用时使用柔韧性高的的，在平面使用时选择硬度高的保持平整性，克服使用条件对材料的影响，让材料发挥更优异的隔热性能，使用更方便，使用寿命更长。预制体的密度大小灵活可调、厚度可调、平面均匀性控制较好；(3)浸渗、凝胶将溶胶在真空下浸渗至预制体中，固化成凝胶；(4)老化将凝胶置于40 50°C环境中预老化O. 5 lh，再常温放置，总老化时间小于24小时；(5)干燥进行超临界流体干燥，得所述隔热材料。还包括混合步骤按摩尔比O. 5 9 O. 5 9将氧化硅溶胶和氧化铝溶胶混合， 得复合溶胶。所述复合溶胶为掺杂有遮光剂的复合溶胶；按复合溶胶体积的2 4%将遮光剂添加到复合溶胶中混匀，即得。所述步骤(3)浸渗为先将预制体放入真空容器内，然后抽真空，利用真空负压吸入溶胶至液面刚没过预制体最高点，保持真空I秒-I小时，泄去真空即可。使用真空容器， 排除空气或气泡等的影响，无论预制体密度大小，溶胶和预制体都可以达到良好的浸渗效果O所述增强纤维毡为PET混纺纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维、硅酸铝纤维、高硅氧纤维、莫来石纤维或碳纤维。两种技术方案中，所述步骤(I)中的氧化硅溶胶为掺杂有遮光剂的氧化硅溶胶； 所述氧化铝溶胶为掺杂有遮光剂的氧化铝溶胶；按溶胶体积的2 4%将遮光剂添加到溶胶中混匀，即得。所述遮光剂为炭黑、钛白、氧化铁、钛酸钾晶须或碳酸钙晶须。所述超临界流体为超临界CO2流体或超临界乙醇流体。对低温使用下性能更优的PET混纺纤维、聚丙烯腈纤维作为增强纤维毡复合而成的隔热材料进行干燥时，优选的干燥流体是超临界C02。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的气凝胶隔热材料，其构成为氧化硅气凝胶隔热材料、或氧化铝气凝胶隔热材料、或掺杂有遮光剂的氧化硅气凝胶隔热材料、或掺杂有遮光剂的氧化铝气凝胶隔热材料、或掺杂有遮光剂的氧化硅和氧化铝复合气凝胶隔热材料、或上述气凝胶与增强纤维毡复合而成的复合气凝胶隔热材料。该隔热材料隔热性能好、综合性能高、耐温范围广(超低温到高温)、应用领域广、应用特征明显、成本较低廉。当隔热材料为氧化硅气凝胶、掺杂有炭黑的氧化硅气凝胶与增强纤维毡复合而成的气凝胶隔热材料时，所述增强纤维毡优选为低温使用下性能更优的PET混纺纤维或聚丙烯腈纤维。当隔热材料为掺杂有钛白或氧化铁的氧化硅气凝胶与增强纤维毡复合而成的气凝胶隔热材料时，所述增强纤维毡优选为中高温使用下性能更优的玻璃纤维、碳纤维或高硅氧纤维。通过添加不同类型的遮光剂、不同类别的增强纤维，是使得到的气凝胶隔热材料应用温度领域更为广阔，针对不同的低、中、高温环境发挥更为高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，张秋华，
申请(专利权)人：广东埃力生高新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：