本發(fā)明涉及保溫隔熱材料領(lǐng)域，具體涉及一種高性能氣凝膠板及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氣凝膠是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)、極低密度、高比表面積以及獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)的材料。由于其獨(dú)特的性能，氣凝膠在隔熱保溫、環(huán)境治理、隔音降噪、能量存儲(chǔ)等方面都有廣泛的應(yīng)用。氣凝膠應(yīng)用最主要的產(chǎn)品是氣凝膠氈和氣凝膠板，這兩類產(chǎn)品都是通過添加纖維以及粘結(jié)劑的方式來克服氣凝膠強(qiáng)度低、脆性大、損耗大的問題。氣凝膠氈在使用中仍存在粉塵大、污染大、容易滲水而導(dǎo)致使用壽命短的問題；而氣凝膠板中乳膠粉也容易造成氣凝膠堵孔、防火性能下降，難以在高溫下使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有氣凝膠板使用乳膠粉容易造成氣凝膠堵孔、防水性能下降的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高性能氣凝膠板及其制備方法，采用疏水劑替代傳統(tǒng)聚合物粘結(jié)劑，旋噴及多層壓制工藝，經(jīng)低溫烘烤定型制備高性能氣凝膠板，產(chǎn)品不僅強(qiáng)度得到大幅提高，板材的整體性能亦更加優(yōu)異，且材料中沒有添加有機(jī)組分，特別適合在高溫環(huán)境下使用，并且通過設(shè)計(jì)多層疏水層能有效抵御水汽侵襲，極大地延長(zhǎng)氣凝膠板的使用壽命。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種高性能氣凝膠板，所述高性能氣凝膠板包含若干個(gè)由氣凝膠層和疏水層組成的周期結(jié)構(gòu)層，總氣凝膠層與總疏水層的質(zhì)量比為80～120:3～8；所述氣凝膠層包含以下重量份的原料：40～55份二氧化硅氣凝膠粉、10～15份氧化鋁氣凝膠粉、5～15份短切纖維、10～15份二氧化鈦、10～20份碳化硅微粉；所述疏水層由疏水劑制成。

3、進(jìn)一步地，所述二氧化硅氧化鋁氣凝膠粉的粒徑為30～80μm，所述氧化鋁氣凝膠粉的粒徑為30～80μm。

4、進(jìn)一步地，所述短切纖維為玻璃纖維、高硅氧纖維和硅酸鋁纖維中的一種；所述短切纖維的直徑為3～20μm，長(zhǎng)度為3～10mm。

5、進(jìn)一步地，所述二氧化鈦為金紅石型，所述二氧化鈦的粒徑范圍為20～40μm，碳化硅微粉的粒徑為2～10μm。

6、進(jìn)一步地，所述疏水劑為30％甲基硅酸鈉溶液、30％甲基硅酸鉀溶液、聚甲基三乙氧基硅烷中的一種。

7、進(jìn)一步地，上述的高性能氣凝膠板的制備方法，包括如下步驟：

8、(1)將二氧化硅氣凝膠粉、氧化鋁氣凝膠粉、二氧化鈦、碳化硅微粉混勻得到混合物；

9、(2)向步驟(1)得到的混合物中加入短切纖維混勻，得到預(yù)混料；

10、(3)在模具中平鋪一層厚度為3～5mm的步驟(2)得到的預(yù)混料，形成氣凝膠層；在氣凝膠層上噴灑一層疏水劑，形成疏水層；重復(fù)平鋪預(yù)混料之后噴灑疏水劑，依次制備氣凝膠層和疏水層，直至達(dá)到產(chǎn)品厚度，之后進(jìn)行加壓成型，制得預(yù)制板；

11、(4)將步驟(3)制得的預(yù)制板取出進(jìn)行加熱，得到粗產(chǎn)品，將粗產(chǎn)品處理后得到高性能氣凝膠板。

12、進(jìn)一步地，步驟(1)中，二氧化鈦、碳化硅微粉、二氧化硅氣凝膠粉、氧化鋁氣凝膠粉混勻采用高速分散機(jī)，分散轉(zhuǎn)速為800～1500r/min，攪拌時(shí)間為15～30min。

13、進(jìn)一步地，步驟(2)中，混合物與短切纖維混勻采用高速分散機(jī)混勻，分散轉(zhuǎn)速為300～600r/min，攪拌時(shí)間為35～60min。

14、進(jìn)一步地，步驟(3)中，加壓成型的壓力為3～8mpa，保壓時(shí)間為10～25min。

15、進(jìn)一步地，步驟(4)中，加熱的溫度為80～150℃，時(shí)間為30～75min。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

17、(1)本申請(qǐng)采用無(wú)機(jī)疏水劑取代傳統(tǒng)有機(jī)粘結(jié)劑，提高了材料整體的防火性能；采用旋噴工藝噴灑疏水劑配合多層壓制工藝，不僅分散更加均勻，而且結(jié)合強(qiáng)度更高，解決了傳統(tǒng)粘結(jié)劑用量多、易堵孔的問題，克服了傳統(tǒng)聚合物粘結(jié)劑對(duì)氣凝膠性能的影響，可應(yīng)用于鍋爐保溫、電池儲(chǔ)能等高溫領(lǐng)域；

18、(2)本申請(qǐng)采用旋噴工藝噴灑疏水劑配合多層壓制工藝，使材料具備多層疏水結(jié)構(gòu)，自內(nèi)而外具備優(yōu)異的疏水性能，能夠克服因水汽滲透造成氣凝膠材料結(jié)構(gòu)塌陷的缺點(diǎn)，大幅延長(zhǎng)氣凝膠材料的使用壽命；

19、(3)本申請(qǐng)采用二氧化硅與氧化鋁兩種氣凝膠復(fù)配，氧化鋁氣凝膠的加入克服了800℃以上二氧化硅氣凝膠容易結(jié)構(gòu)塌陷從而造成材料性能失效的問題，拓展了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，在800-1200℃中能保持良好的隔熱效果。

技術(shù)特征：

1.一種高性能氣凝膠板，其特征在于，所述高性能氣凝膠板包含若干個(gè)由氣凝膠層和疏水層組成的周期結(jié)構(gòu)層，總氣凝膠層與總疏水層的質(zhì)量比為80～120:3～8；所述氣凝膠層包含以下重量份的原料：40～55份二氧化硅氣凝膠粉、10～15份氧化鋁氣凝膠粉、5～15份短切纖維、10～15份二氧化鈦、10～20份碳化硅微粉；所述疏水層由疏水劑制成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能氣凝膠板，其特征在于，所述二氧化硅氧化鋁氣凝膠粉的粒徑為30～80μm，所述氧化鋁氣凝膠粉的粒徑為30～80μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能氣凝膠板，其特征在于，所述短切纖維為玻璃纖維、高硅氧纖維和硅酸鋁纖維中的一種；所述短切纖維的直徑為3～20μm，長(zhǎng)度為3～10mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能氣凝膠板，其特征在于，所述二氧化鈦為金紅石型，所述二氧化鈦的粒徑范圍為20～40μm，所述碳化硅微粉的粒徑為2～10μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能氣凝膠板，其特征在于：所述疏水劑為30％甲基硅酸鈉溶液、30％甲基硅酸鉀溶液、聚甲基三乙氧基硅烷中的一種。

6.一種權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的高性能氣凝膠板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，二氧化鈦、碳化硅微粉、二氧化硅氣凝膠粉、氧化鋁氣凝膠粉混勻采用高速分散機(jī)，分散轉(zhuǎn)速為800～1500r/min，攪拌時(shí)間為15～30min。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，混合物與短切纖維混勻采用高速分散機(jī)混勻，分散轉(zhuǎn)速為300～600r/min，攪拌時(shí)間為35～60min。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，加壓成型的壓力為3～8mpa，保壓時(shí)間為10～25min。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，加熱的溫度為80～150℃，時(shí)間為30～75min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高性能氣凝膠板及其制備方法，屬于保溫隔熱材料領(lǐng)域。該高性能氣凝膠板包含若干個(gè)由氣凝膠層和疏水層組成的周期結(jié)構(gòu)層，總氣凝膠層與總疏水層的質(zhì)量比為80～120:3～8；氣凝膠層包含以下重量份的原料：40～55份二氧化硅氣凝膠粉、10～15份氧化鋁氣凝膠粉、5～15份短切纖維、10～15份二氧化鈦、10～20份碳化硅微粉；疏水層由疏水劑制成；上述高性能氣凝膠板的制備方法是將上述原料組成混合均勻，經(jīng)多層堆疊壓制、低溫干燥工藝而制成。本發(fā)明制備的氣凝膠板不含有機(jī)組分，具有遇火無(wú)煙不燃、掉粉率低、強(qiáng)度高、隔熱保溫性能優(yōu)異等特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：朱西挺,吳海燕,繆仲聰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6