本發(fā)明涉及氣凝膠，具體涉及到一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氣凝膠是一種能夠高效隔熱的具有連續(xù)三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的低密度納米多孔非晶態(tài)材料。sio2氣凝膠是由納米級sio2顆粒相互連接而形成納米級的骨架以及孔隙組成，其內(nèi)部納米級孔穴小于空氣中分子的平均自程，能夠有效阻止空氣熱對流，大量的氣孔壁，有效降低輻射傳熱；珍珠鏈狀結(jié)構(gòu)可以減少熱傳導。sio2氣凝膠具有超低的密度、極低的導熱系數(shù)，在建筑、航空航天、武器裝備等領域具有廣泛的應用。

2、sio2氣凝膠的骨架呈珍珠項鏈狀三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其二次粒子間以點接觸方式相連接，接觸面積小，鍵力弱，導致其力學性能較差。當氣凝膠遭受外界應力作用時，二次粒子間的接觸點斷裂，造成粒子間連接斷開，凝膠骨架坍塌。因此，因sio2氣凝膠固有的脆弱性和低強度，使其在實際應用中受到嚴重阻礙。

3、現(xiàn)有常使用纖維增強sio2氣凝膠復合材料的力學性能，如專利號cn116813304a公開了一種玄武巖纖維增強氣凝膠復合材料常壓干燥工藝，以正硅酸甲酯為硅源，以玄武巖纖維為增強纖維得到復合氣凝膠復合材料，但是無機纖維脆性大、密度大，導致復合材料力學性能較差，缺失了材料低密度等優(yōu)點。

4、因此，亟需設計一種具有輕質(zhì)柔性、耐高溫性能的sio2氣凝膠的復合材料。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料及其制備方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，由以下重量份的組分制成，包括碳纖維1～2份、含酯基的硅源11～20份、溶劑13～25份、水解劑3～7份、酸性催化劑0.1～0.3份、堿性催化劑3～9份；其中，所述碳纖維是未經(jīng)過上漿以及表面處理的聚丙烯腈基(pan)碳纖維氈、瀝青基碳纖維氈、粘膠基碳纖維氈的一種。

3、進一步的，含酯基的硅源為硅酸四乙酯。

4、進一步的，溶劑為無水乙醇。

5、進一步的，水解劑為去離子水。

6、進一步的，酸性催化劑為鹽酸；所述堿性催化劑為氨水。

7、一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料的制備方法，制備上述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，其方法如下：

8、s1、按上述的重量份計將原料混合，加熱，攪拌形成混合液；

9、s2、將步驟s1得到的混合液倒入放置有碳纖維氈的模具中，并通過手動浸漬將混合液充分填充入碳纖維氈中進行凝膠處理，獲得復合材料；

10、s3、復合材料凝膠處理完成后，脫模并放入有機溶劑中進行浸泡老化；

11、s4、浸泡完成后烘干，得到輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料。

12、進一步的，步驟s3放入有機溶劑中進行浸泡老化包括放入無水乙醇中進行浸泡老化24h。

13、進一步的，步驟s3放入有機溶劑中進行浸泡老化還包括放入正己烷中浸泡24h，正己烷體積為復合材料體積的4～5倍

14、進一步的，步驟s3放入有機溶劑中進行浸泡老化還包括放入正己烷與三甲基氯硅烷混合溶液中浸泡24h，正己烷體積為復合材料體積的4～5倍，三甲基氯硅烷體積為復合材料體積的0.2倍。

15、進一步的，步驟s4中烘干包括浸泡完成的復合材料分別在80℃烘4h、120℃烘4h至恒重。。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的技術(shù)方案具備以下有益效果：

17、1、本發(fā)明的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料具有良好的隔熱性能和耐溫性，實現(xiàn)以碳纖維為骨架解決了傳統(tǒng)氧化硅氣凝膠力學性能差(強度低、脆性大、產(chǎn)品掉粉掉渣)的特點，減少了氣凝膠的使用，降低了成本。

18、2、本發(fā)明的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料可以應用于低溫材料中的保溫和高溫環(huán)境中的隔熱。

技術(shù)特征：

1.一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，其特征在于，由以下重量份的組分制成，包括碳纖維1～2份、含酯基的硅源11～20份、溶劑13～25份、水解劑3～7份、酸性催化劑0.1～0.3份、堿性催化劑3～9份；其中，所述碳纖維是未經(jīng)過上漿以及表面處理的聚丙烯腈基(pan)碳纖維氈、瀝青基碳纖維氈、粘膠基碳纖維氈的一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，其特征在于：所述含酯基的硅源為硅酸四乙酯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，其特征在于：所述溶劑為無水乙醇。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，其特征在于：所述水解劑為去離子水。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，其特征在于：所述酸性催化劑為鹽酸；所述堿性催化劑為氨水。

6.一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料的制備方法，其特征在于，制備權(quán)利要求1-5任一所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料，其方法如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s3放入有機溶劑中進行浸泡老化包括放入無水乙醇中進行浸泡老化24h。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s3放入有機溶劑中進行浸泡老化還包括放入正己烷中浸泡24h，正己烷體積為復合材料體積的4～5倍。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s3放入有機溶劑中進行浸泡老化還包括放入正己烷與三甲基氯硅烷混合溶液中浸泡24h，正己烷體積為復合材料體積的4～5倍，三甲基氯硅烷體積為復合材料體積的0.2倍。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s4中烘干包括浸泡完成的復合材料分別在80℃烘4h、120℃烘4h至恒重。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及氣凝膠技術(shù)領域，具體涉及到一種輕質(zhì)高韌的SiO<subgt;2</subgt;氣凝膠隔熱復合材料及其制備方法。本申請以硅酸四乙酯為硅源、醇為溶劑、去離子水為水解劑，通過加入鹽酸添加劑，氨水促進聚合，攪拌形成混合液；再將混合液倒入放置有碳纖維氈的模具中，并通過手動浸漬將混合液充分填充入碳纖維氈中進行凝膠處理，獲得復合材料，接著復合材料脫模并放入有機溶劑中進行浸泡老化，最后烘干，得到輕質(zhì)高韌的SiO<subgt;2</subgt;氣凝膠隔熱復合材料，實現(xiàn)以碳纖維為骨架解決了傳統(tǒng)氧化硅氣凝膠力學性能差(強度低、脆性大、產(chǎn)品掉粉掉渣)的特點，減少了氣凝膠的使用，降低了成本。其可應用于低溫材料中的保溫和高溫環(huán)境中的隔熱。

技術(shù)研發(fā)人員：原翼凱,汪汀,張松松,王國軍,馬騰,郭增賢,吳喜娜,王立濤
受保護的技術(shù)使用者：青島匯坤材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6