可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，氧化硅溶膠與剛性隔熱瓦復合后進行疏水干燥處理；其配料組成為：剛性隔熱瓦為石英纖維剛性隔熱瓦，密度為0.12-0.35g/cm3；氧化硅溶膠配料摩爾數(shù)比為：正硅酸乙酯：乙醇：去離子水：催化劑＝1：2-10：2-12：0-0.01。本發(fā)明制備氧化硅氣凝膠復合隔熱瓦材料，孔隙率高，孔徑小，對固體傳熱和空氣傳熱及對流有良好的阻隔作用；本發(fā)明的制備方法科學合理，簡單易行，便于實施，制成的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦可以加工成平板，罩體以及其他復雜異型件。
【專利說明】可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦及其制備方法，屬于隔熱材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，飛行器對隔熱材料的要求越來越苛刻，例如在可重復使用運載器的熱防護系統(tǒng)的中溫隔熱領(lǐng)域，傳統(tǒng)的隔熱瓦導熱系數(shù)偏高，隔熱系統(tǒng)較厚而增加重量等不能滿足實際應(yīng)用的需求。因此開發(fā)氣凝膠隔熱復合材料已成為目前研制高效隔熱材料的主導方向。氣凝膠由于具有三維納米顆粒骨架、高比表面積、納米級孔洞、低密度等特殊微觀結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制固態(tài)熱傳導和氣體對流傳熱，具有優(yōu)異的隔熱特性，是目前公認熱導率最低的固態(tài)材料。目前制備氣凝膠最有效的干燥方法是超臨界干燥，但是由于超臨界干燥設(shè)備較貴、存在安全隱患及不易于批量化生產(chǎn)等問題，因此，常壓制備氣凝膠復合剛性隔熱瓦成為一個很有前途的方法；剛性隔熱瓦由于具有高孔隙率的特點，因此在儲存的過程當中極易吸水，吸水后會較大的影響隔熱瓦的隔熱及介電性能，而且還會增加隔熱瓦的重量等不利因素，因此，制備室溫下穩(wěn)定不吸潮的隔熱瓦是解決隔熱材料領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦，具有成型快、密度低、高效隔熱、可加工的特點；本發(fā)明同時提供了其制備方法，制備方法簡單，易于操作。
[0004]本發(fā)明所述的一種可加工自疏水氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦，氧化硅溶膠與剛性隔熱瓦復合后進行疏水干燥處理；其配料組成為:剛性隔熱瓦為石英纖維剛性隔熱瓦，密度為0.12-0.358/挪3；氧化硅溶膠配料摩爾數(shù)比為:正硅酸乙酯:乙醇:去離子水:催化劑=1:2-10:2-12:0-0.01。
[0005]氧化硅溶膠配料摩爾數(shù)比優(yōu)選為:正硅酸乙酯:乙醇:去離子水:催化劑=1:2-6:4-10:0.005-0.01。
[0006]可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，包括如下步驟:
[0007](1)氧化硅溶膠:首先量取乙醇，邊攪拌邊加入正硅酸乙酯和去離子水，混合均勻后，加入催化劑繼續(xù)攪拌，得到氧化硅溶膠；
[0008](2)復合:將剛性隔熱瓦進行脫氣處理，然后通過負壓將步驟⑴制備的氧化硅溶膠的部分或全部填充到剛性隔熱瓦內(nèi)部，使之與剛性隔熱瓦進行復合；
[0009](3)凝膠-老化:將步驟(2)的隔熱瓦氧化硅溶膠復合材料加入催化劑在501下靜置1-8小時后形成凝膠，然后加入乙醇溶劑，使凝膠后的材料完全浸入乙醇溶劑中，進行老化處理，老化時間為18-72小時；
[0010](4)疏水處理:向步驟⑶老化后的凝膠中加入三甲基氯硅烷的正己烷溶液進行反應(yīng)，時間為1-3天，然后用正己烷溶液對凝膠進行清洗，直至清洗液控制在邱=6.5-7.5之間；
[0011](5)常壓干燥:將剛性隔熱瓦從凝膠中取出進行干燥；
[0012](6)加工:將步驟(5)常壓干燥后的氣凝膠復合剛性隔熱瓦經(jīng)過加工后即可制得自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦。
[0013]疏水處理為步驟(3)老化后的凝膠與三甲基氯硅烷的正己烷溶液進行反應(yīng)，發(fā)生疏水效果，達到疏水處理的作用。
[0014]步驟(1)所述的催化劑為酸性。
[0015]步驟(1)所述的催化劑為鹽酸或硝酸。
[0016]步驟(3)所述的催化劑為堿性。
[0017]步驟⑶所述的催化劑為氨水。
[0018]步驟(4)所述的疏水劑為三甲基氯硅烷。
[0019]干燥過程為室溫下干燥18-24小時，501:下干燥24小時，701:干燥24小時。
[0020]步驟(6)所述的加工中心為四軸數(shù)控加工中心。
[0021]具體過程如下:
[0022]首先量取一定量的乙醇，邊攪拌邊加入正硅酸乙酯和水，混合均勻后，加入催化劑繼續(xù)攪拌，得到氧化硅溶膠；再將剛性隔熱瓦進行脫氣處理，然后通過負壓將制備的溶膠部分或全部填充到剛性隔熱瓦內(nèi)部，加入催化劑在501:下靜置1-8小時后形成凝膠，然后加入乙醇溶劑進行老化處理，老化時間為18-72小時；加入三甲基氯硅烷的正己烷溶液進行疏水處理，處理1-3天，然后用正己烷溶液對凝膠進行清洗，直至清洗液接近中性；將剛性隔熱瓦從凝膠中取出進行干燥，室溫下干燥18-24小時，501:下干燥24小時，701:干燥24小時；最后經(jīng)過加工即可制得各種形狀的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合的剛性隔熱瓦。
[0023]本發(fā)明可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦中隔熱瓦根據(jù)需要進行選擇定型。
[0024]氧化硅氣凝膠復合隔熱瓦材料，孔隙率高，孔徑小，對固體傳熱和空氣傳熱及對流有良好的阻隔作用；引入氣凝膠相后，復合隔熱瓦相比較純隔熱瓦在壓縮強度方面幾乎提高一倍，材料力學性能增強；通過常壓干燥的方法制備氣凝膠復合剛性隔熱瓦可以批量化生產(chǎn)，成本低，可以應(yīng)用于民用領(lǐng)域；通過疏水處理，氣凝膠復合剛性隔熱瓦的貯存能力有了明顯的改善。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0026]本發(fā)明制備氧化硅氣凝膠復合隔熱瓦材料，孔隙率高，孔徑小，對固體傳熱和空氣傳熱及對流有良好的阻隔作用；本發(fā)明的制備方法科學合理，簡單易行，便于實施，制成的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦可以加工成平板，罩體以及其他復雜異型件。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0028]實施例中的原料和使用的儀器規(guī)格如下:
[0029]剛性隔熱瓦(石英纖維剛性隔熱瓦，密度0.12-0.35^/0^,山東工業(yè)陶瓷研宄設(shè)計院有限公司)；
[0030]正硅酸乙酯(分析純，3102含量彡28%，天津博迪化工股份有限公司)；
[0031]乙醇(分析純，含量彡99.7%，萊陽市康德化工有限公司)；
[0032]電動攪拌器(型號11-1，江蘇省金壇市鑫鑫實驗儀器廠)
[0033]真空泵(淄博昆侖訂做)
[0034]實施例1
[0035]首先量取20摩爾的乙醇，邊攪拌邊加入5摩爾的正硅酸乙酯和30摩爾的去離子水，混合均勻后，加入0.002摩爾的鹽酸繼續(xù)攪拌，得到氧化硅溶膠；再將剛性隔熱瓦烘干稱重后進行脫氣處理，然后通過負壓將制備的溶膠全部填充到剛性隔熱瓦內(nèi)部，保壓10分鐘，加入0.004摩爾的氨水，在501:下靜置6小時后形成凝膠，然后加入3升的乙醇溶劑，使凝膠后的材料完全浸入乙醇溶劑中，進行老化處理，老化時間為24小時；加入3升10%的三甲基氯硅烷的正己烷溶液進行疏水處理，處理2天，然后每次用3升正己烷溶液對凝膠進行清洗，直至清洗液邱=6.5 ；將剛性隔熱瓦從凝膠中取出進行干燥，室溫下干燥24小時，50 V下干燥24小時，70 V干燥24小時；最后經(jīng)過加工即可制得不同厚度的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合的剛性隔熱瓦。
[0036]將上述本發(fā)明制備的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦進行性能測試，密度為0.268八1113，3001:下熱導率為0.031/11^1室溫厚度方向壓縮強度(5%壓縮量)為
1.91？80
[0037]實施例2
[0038]首先量取50摩爾的乙醇，邊攪拌邊加入5摩爾的正硅酸乙酯和15摩爾的去離子水，混合均勻后，加入0.001摩爾的鹽酸繼續(xù)攪拌，得到氧化硅溶膠；再將剛性隔熱瓦烘干稱重后進行脫氣處理，然后通過負壓將制備的溶膠全部填充到剛性隔熱瓦內(nèi)部，保壓10分鐘，加入0.005摩爾的氨水，在501:下靜置6小時后形成凝膠，然后加入4.5升乙醇溶劑，使凝膠后的材料完全浸入乙醇溶劑中，進行老化處理，老化時間為24小時；加入4.5升10%的三甲基氯硅烷的正己烷溶液進行疏水處理，處理2天，然后每次用4.5升正己烷溶液對凝膠進行清洗，直至清洗液邱=6.5 ；將剛性隔熱瓦從凝膠中取出進行干燥，室溫下干燥24小時，50 X:下干燥24小時，70 V干燥24小時；最后經(jīng)過加工即可制得不同厚度的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合的剛性隔熱瓦。
[0039]將上述本發(fā)明制備的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦進行性能測試，密度為0.358/挪3，3001:下熱導率為0.041/111-1(,室溫厚度方向壓縮強度(5%壓縮量)為
2.51？80
[0040]實施例3
[0041]首先量取400摩爾的乙醇，邊攪拌邊加入50摩爾的正硅酸乙酯和200摩爾的去離子水，混合均勻后，加入0.01摩爾的鹽酸繼續(xù)攪拌，得到氧化硅溶膠；再將剛性隔熱瓦烘干稱重后進行脫氣處理，然后通過負壓將制備的溶膠全部填充到剛性隔熱瓦內(nèi)部，保壓10分鐘，加入0.05摩爾的氨水，在501:下靜置6小時后形成凝膠，然后加入40升乙醇溶劑，使凝膠后的材料完全浸入乙醇溶劑中，進行老化處理，老化時間為24小時；加入40升10%的三甲基氯硅烷的正己烷溶液進行疏水處理，處理2天，然后每次用40升正己烷溶液對凝膠進行清洗，直至清洗液邱=6.5 ；將剛性隔熱瓦從凝膠中取出進行干燥，室溫下干燥24小時，501下干燥24小時，701:干燥24小時；最后經(jīng)過加工即可制得罩體形狀的自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合的剛性隔熱瓦。
[0042]將上述本發(fā)明制備的罩體形狀自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦進行石英燈模擬測試和透波測試，罩體表面溫度為5001:時背面溫度只有901:，透波率? 90%。
【權(quán)利要求】
1.一種可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦，其特征在于，氧化硅溶膠與剛性隔熱瓦復合后干燥制得可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦；其配料組成為:剛性隔熱瓦為石英纖維剛性隔熱瓦，密度為0.12-0.35g/cm3;氧化硅溶膠配料摩爾數(shù)比為:正硅酸乙酯:乙醇:去離子水:催化劑=1:2-10:2-12:0-0.01。
2.—種權(quán)利要求1所述的可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)氧化硅溶膠:首先量取乙醇，邊攪拌邊加入正硅酸乙酯和去離子水，混合均勻后，加入催化劑繼續(xù)攪拌，得到氧化硅溶膠； (2)復合:將剛性隔熱瓦進行脫氣處理，然后通過負壓將步驟(I)制備的氧化硅溶膠的部分或全部填充到剛性隔熱瓦內(nèi)部，使之與剛性隔熱瓦進行復合； (3)凝膠-老化:將步驟(2)的隔熱瓦氧化硅溶膠復合材料加入催化劑在50°C下靜置1-8小時后形成凝膠，然后加入乙醇溶劑，使凝膠后的材料完全浸入乙醇溶劑中，進行老化處理，老化時間為18-72小時； (4)疏水處理:向步驟(3)老化后的凝膠中加入三甲基氯硅烷的正己烷溶液進行反應(yīng)，時間為1-3天，然后用正己烷溶液對凝膠進行清洗，直至清洗液控制在pH = 6.5-7.5之間； (5)常壓干燥:將剛性隔熱瓦從凝膠中取出進行干燥得到氧化硅氣凝膠剛性隔熱瓦； (6)加工:將步驟(5)常壓干燥后的氣氧化硅凝膠復合剛性隔熱瓦經(jīng)過加工后即可制得可加工自疏水常壓氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的催化劑為酸性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的催化劑為鹽酸或硝酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的催化劑為堿性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的催化劑為氨水。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述的疏水劑為三甲基氯硅烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可加工氧化硅氣凝膠復合剛性隔熱瓦的制備方法，其特征在于，干燥過程為室溫下干燥18-24小時，50°C下干燥24小時，70°C干燥24小時。
【文檔編號】C04B14/42GK104494225SQ201410783684
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】李勇, 隋學葉, 劉瑞祥, 周長靈, 王重海, 楊杰, 魏美玲 申請人:山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司