專利名稱：一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔隔熱保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隔熱材料主要有三大應(yīng)用領(lǐng)域傳統(tǒng)的工業(yè)低溫?zé)峁ぴO(shè)備、交通工具、家用電器等設(shè)施的隔熱保溫；建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫；工業(yè)高溫窖爐的隔熱保溫。性能優(yōu)良的保溫絕熱材料和良好的保溫技術(shù)，在工業(yè)保溫中往往可起到事半功倍的效果。傳統(tǒng)的保溫隔熱材料是以提高氣相孔隙率，降低導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)系數(shù)為主，其中人造礦棉，玻璃纖維，耐火陶瓷纖維，以及硅酸鈣和蛭石產(chǎn)品就是代表。這些材料因?yàn)槎际枪腆w材料，體積密度一般較高，且很多氣孔通常是貫通的或開口的氣孔，氣孔分布也不均勻，一般具有較大的尺寸(I 100 μ m),使其無法阻止氣體熱傳導(dǎo)，而且也無法阻擋熱輻射。目前有學(xué)者認(rèn)為通過納米技術(shù)將材料中的孔隙直徑降低到納米級(jí)，就會(huì)產(chǎn)生“零對(duì)流”、“無窮多遮熱板”、“無窮長路徑”等納米效應(yīng)，使材料熱傳遞的能力下降到接近極限。 因而提出了“超級(jí)絕熱材料”的概念。超級(jí)絕熱材料是指預(yù)定使用條件下，導(dǎo)熱系數(shù)低于“無對(duì)流空氣”導(dǎo)熱系數(shù)的絕熱材料。隔熱保溫納米材料主要有納米硬硅鈣石、硅酸鈣復(fù)合納米孔超級(jí)絕熱材料、納米級(jí)纖維保溫材料、纖維型納米隔熱材料和超級(jí)絕熱材料等。迄今為止，國內(nèi)外報(bào)道的納米孔超級(jí)絕熱材料均是以SiO2氣凝膠為主的超級(jí)絕熱材料，SiO2氣凝膠因其具有纖細(xì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種良好的納米孔載體，但以SiO2氣凝膠直接取代傳統(tǒng)的隔熱材料除了制備工藝復(fù)雜等原因以外，還存在一定的困難，主要有兩個(gè)方面的原因其一，SiO2氣凝膠低密度、高孔隙率的特點(diǎn)導(dǎo)致力學(xué)性能急劇下降，氣凝膠強(qiáng)度低、脆性大。雖然Woignier等認(rèn)為通過提高氣凝膠密度、高溫?zé)崽幚硪约霸鰪?qiáng)顆粒骨架結(jié)構(gòu)等方法可改善氣凝膠的強(qiáng)度，但仍難以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求；其二，氣凝膠在高溫下對(duì)波長為31 μ m的近紅外熱輻射具有較強(qiáng)的透過性，高溫階段遮擋紅外輻射能力差，致使氣凝膠熱導(dǎo)率隨溫度的升高顯著上升。正是以上這兩個(gè)方面限制了 SiO2氣凝膠在隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用。雖然有些方法制備的氣凝膠復(fù)合材料的隔熱性能和力學(xué)性能較好，但還存在兩者協(xié)調(diào)性的問題。有些氣凝膠材料引入遮光劑降低了氣凝膠材料的熱導(dǎo)率，但材料的力學(xué)性能沒有得到改善；有些氣凝膠材料通過添加增強(qiáng)體使材料的力學(xué)性能提高，但是由于纖維本身較高的熱導(dǎo)率增加了材料的固相熱傳導(dǎo)致材料的隔熱效果降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述缺陷，目的是提供一種體積密度小、氣孔分布均勻、力學(xué)性能好和導(dǎo)熱系數(shù)低的納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先將55 75wt%的硅灰、l(T30wt%的紅外遮蔽劑、l(T25wt%的玻璃纖維和5 10wt%的結(jié)合劑在室溫條件下混合2飛h，再壓制成型，然后以1 5°C /min的升溫速率升溫至20(T60(TC，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。在上述技術(shù)方案中硅灰中SiO2含量彡95wt%，硅灰的粒徑為O. Γ0. 3Mm ;紅外遮蔽劑為金紅石型TiO2納米粉、ZrSiO4細(xì)粉和SiC細(xì)粉中的一種，其中，TiO2納米粉的粒徑為 8(Tl20nm，ZrSiO4細(xì)粉和SiC細(xì)粉的粒徑< 80 μ m ;玻璃纖維為經(jīng)過硫酸或鹽酸或氫氟酸處理所形成的分散狀玻璃纖維，長度為3 12mm ;結(jié)合劑為糊精、木質(zhì)素、纖維素、六偏磷酸鈉中的一種；壓制成型的壓力為I. 8^2. 6MPa。由于米用上述技術(shù)方案，本發(fā)明以SiO2含量彡95wt%的娃灰為主要原料,娃灰本身含有大量的微納米氣孔可以原位形成均勻的孔隙；所采用的紅外遮蔽劑可以通過散射作用有效阻隔熱輻射傳熱，所采用的玻璃纖維作為增強(qiáng)體可以提高材料的耐壓、抗折強(qiáng)度，結(jié)合劑在材料內(nèi)也可以形成大量微納米氣孔。本發(fā)明所制備的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. Γ0. 7g/cm3，平均孔徑為 5(T70nm，材料的導(dǎo)熱系數(shù)在 300°C時(shí)為 O. 035^0. 06ff/m · K，500°C時(shí)為 O. 05^0. 08W/ m · K, 900°C時(shí)為O. 07
O. 09W/ m · K ;抗折強(qiáng)度為I. 20 1· 85MPa ;耐壓強(qiáng)度為I. 25 I. 95MPa。因此，本發(fā)明所制備的材料具有體積密度小、氣孔分布均勻、力學(xué)性能好和導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
中所涉及到的有關(guān)組分的理化參數(shù)統(tǒng)一描述， 下面各實(shí)施例中將不贅述
硅灰中SiO2含量彡95wt%，硅灰的粒徑為O. Γ0. 3Mm ；Ti02納米粉的粒徑為8(Tl20nm， ZrSiO4細(xì)粉和SiC細(xì)粉的粒徑< 80 μ m ;玻璃纖維為經(jīng)過硫酸或鹽酸或氫氟酸處理所形成的分散狀玻璃纖維，長度為3 12_ ;壓制成型的壓力為I. 8^2. 6MPa。實(shí)施例I
一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。先將55飛Owt%的硅灰、2(T30wt%的紅外遮蔽劑、l(T20wt%的玻璃纖維和5 10wt%的糊精在室溫條件下混合4 6h，再壓制成型，然后以 Γ3°0 /min的升溫速率升溫至20(T300°C，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。本實(shí)施例I所制得的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. 4^0. 55g/cm3,300°C 時(shí)為 O. 035 O. 05ff/m · K ；500 °C 時(shí)導(dǎo)熱率為 O. 050^0. 070ff/m · K ；900 °C 時(shí)導(dǎo)熱率為
O.07 O. 08ff/m · K ;抗折強(qiáng)度為I. 70 1· 85MPa ;耐壓強(qiáng)度為I. 75 I. 95MPa。實(shí)施例2
一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。先將6(T65wt%的硅灰、15^25wt%的紅外遮蔽劑、l(T20wt%的玻璃纖維和5 10wt%的木質(zhì)素在室溫條件下混合2 3h，再壓制成型，然后以 2^4°C /min的升溫速率升溫至40(T500°C，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。本實(shí)施例2所制得的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. 45、. 65g/cm3, 300 °C 時(shí)為 O. 04 O. 05ff/m · K ；500 °C 時(shí)導(dǎo)熱率為 O. 055 O. 07ff/m · K ；900 °C 時(shí)導(dǎo)熱率為O.075 O. 085ff/m · K ;抗折強(qiáng)度為 I. 63 I. 75MPa ;耐壓強(qiáng)度為 I. 67 I. 80MPa。實(shí)施例3
一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。先將65 70wt%的硅灰、15^20wt%的紅外遮蔽劑、l(Tl5wt%的玻璃纖維和5 10wt%的纖維素在室溫條件下混合2 3h，再壓制成型，然后以 3飛。C /min的升溫速率升溫至30(T400°C，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。本實(shí)施例3所制得的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. 5^0. 65g/cm3, 300°C 時(shí)為 O. 045 O. 055ff/m · K ;500°C 時(shí)導(dǎo)熱率為 O. 05 O. 07ff/m · K ;900°C 時(shí)導(dǎo)熱率為
O.075 O. 09ff/m · K ;抗折強(qiáng)度為I. 25 I. 52MPa ;耐壓強(qiáng)度為I. 44 I. 56MPa。實(shí)施例4
一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。先將7(T75wt%的硅灰、l(Tl5wt%的紅外遮蔽劑、l(Tl5wt%的玻璃纖維和5 10wt%的六偏磷酸鈉在室溫條件下混合2 4h，再壓制成型，然后以2 5°C /min的升溫速率升溫至50(T600°C，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。本實(shí)施例4所制得的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. 55、. 70g/cm3, 300°C時(shí)為 O. 055 O. 06ff/m .K ;500°C 時(shí)導(dǎo)熱率為 O. 06 O. 08ff/m .K ;900°C 時(shí)導(dǎo)熱率為 O. 075 O. 09W/ m · K ;抗折強(qiáng)度為I. 2 I. 49MPa ;耐壓強(qiáng)度為I. 25 I. 46MPa。實(shí)施例5
一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。先將6(T70wt%的娃灰、l(T20wt%的紅外遮蔽劑、15 25wt%的玻璃纖維和5 10wt%的纖維素在室溫條件下混合3飛h，再壓制成型，然后以 3飛。C /min的升溫速率升溫至45(T550°C，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。本實(shí)施例5所制得的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. 5(T0. 55g/cm3, 300°C 時(shí)為 O. 055 O. 06ff/m · K ;500°C 時(shí)導(dǎo)熱率為 O. 065 O. 07ff/m · K ;900°C 時(shí)導(dǎo)熱率為
O.075 O. 09ff/m · K ;抗折強(qiáng)度為I. 35 I. 55MPa ;耐壓強(qiáng)度為I. 38 I. 56MPa。實(shí)施例6
一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。先將7(T75wt%的硅灰、l(Tl5wt%的紅外遮蔽劑、10 15wt%的玻璃纖維和5 10wt%的木質(zhì)素在室溫條件下混合3 4h,再壓制成型,然后以 2^4°C /min的升溫速率升溫至45(T550°C，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。本實(shí)施例6所制得的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. 5(T0. 65g/cm3, 300°C 時(shí)為 O. 055 O. 06ff/m · K ;500°C 時(shí)導(dǎo)熱率為 O. 065 O. 07ff/m · K ;900°C 時(shí)導(dǎo)熱率為
O.075 O. 085ff/m · K ;抗折強(qiáng)度為 I. 30 1· 45MPa ;耐壓強(qiáng)度為 I. 38 I. 46MPa。本具體實(shí)施方式
以SiO2含量彡95wt%的娃灰為主要原料,娃灰本身含有大量的微納米氣孔可以原位形成均勻的孔隙；所采用的紅外遮蔽劑可以通過散射作用有效阻隔熱輻射傳熱，所采用的玻璃纖維作為增強(qiáng)體可以提高材料的耐壓、抗折強(qiáng)度，結(jié)合劑在材料內(nèi)也可以形成大量微納米氣孔。本具體實(shí)施方式
所制備的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為O. 4^0. 7g/cm3，平均孔徑為5(T70nm，材料的導(dǎo)熱系數(shù)在300°C時(shí)為O. 035 O. 06ff/m ·Κ，500 時(shí)為O. 05 O. 08W/ m .K，900。。時(shí)為 O. 07 O. 09W/ m .K ;抗折強(qiáng)度為 I. 20 1· 85MPa ;耐壓強(qiáng)度為 I. 25 I. 95MPa。因此，本具體實(shí)施方式
所制備的材料具有體積密度小、氣孔分布均勻、力學(xué)性能好和導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法，其特征在于先將55 75wt%的硅灰、l(T30wt% 的紅外遮蔽劑、l(T25wt%的玻璃纖維和5 10wt%的結(jié)合劑在室溫條件下混合2飛h，再壓制成型，然后以1 5°C /min的升溫速率升溫至20(T600°C，保溫2 4 h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法，其特征在于所述硅灰中 SiO2含量彡95wt% ;硅灰粒徑為O. I O. 3Mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法，其特征在于所述紅外遮蔽劑為金紅石型TiO2納米粉、ZrSiO4細(xì)粉和SiC細(xì)粉中的一種；其中，TiO2納米粉的的粒徑為 80 120nm，ZrSiO4細(xì)粉和SiC細(xì)粉的粒徑彡80 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法，其特征在于所述玻璃纖維為經(jīng)過硫酸或鹽酸或氫氟酸處理所形成的分散狀玻璃纖維，長度為3 12_。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法，其特征在于所述結(jié)合劑為糊精、木質(zhì)素、纖維素、六偏磷酸鈉中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法，其特征在于所述壓制成型的壓力為I. 8 2. 6MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的納米孔超級(jí)絕熱材料的制備方法所制備的納米孔超級(jí)絕熱材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米孔超級(jí)絕熱材料及其制備方法。其技術(shù)方案是先將55~75wt%的硅灰、10~30wt%的紅外遮蔽劑、10~25wt%的玻璃纖維和5~10wt%的結(jié)合劑在室溫條件下混合2~6h，再壓制成型，然后以1~5℃/min的升溫速率升溫至200~600℃，保溫2~4h，即得納米孔超級(jí)絕熱材料。本發(fā)明所制備的納米孔超級(jí)絕熱材料的體積密度為0.4~0.7g/cm3，平均孔徑為50~70nm，導(dǎo)熱系數(shù)在300℃時(shí)為0.035~0.06W/m·K，500℃時(shí)為0.05~0.08W/m·K，900℃時(shí)為0.07~0.09W/m·K；抗折強(qiáng)度為1.20~1.85MPa；耐壓強(qiáng)度為1.25~1.95MPa。因此，本發(fā)明具有體積密度小、氣孔分布均勻、力學(xué)性能好和導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B38/00GK102603349SQ201210081019
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者李淑靜, 李遠(yuǎn)兵, 王俊杰, 趙雷, 雷中興 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)