復(fù)合納米孔絕熱材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及隔熱保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種復(fù)合納米孔絕熱材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕熱保溫材料在建筑圍護結(jié)構(gòu)、工業(yè)高溫魯爐和傳統(tǒng)的工業(yè)低溫?zé)峁ぴO(shè)備、交通 工具、家用電器設(shè)施等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。目前，常用的絕熱保溫材料如人造礦棉、玻 璃纖維、耐火陶瓷纖維、娃酸巧和賠石等均為固體材料，通常采用提高氣相孔隙率的方法來 降低其導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)系數(shù)，然而由于其體積密度較高，氣孔通常貫通或開口，氣孔尺寸較 大（I-IOOym)且分布不均勻，導(dǎo)致其無法阻止氣體熱傳導(dǎo)，同時也無法阻擋熱福射。
[0003] 隨著科學(xué)技術(shù)的日益進步，納米孔絕熱材料也逐步得到應(yīng)用，與傳統(tǒng)絕熱材料相 比，納米孔絕熱材料的熱導(dǎo)率比靜止空氣更低，且隨著溫度的升高，特別在高溫區(qū)，其熱導(dǎo) 率的遞升遠遠低于傳統(tǒng)絕熱材料。
[0004] 迄今為止，國內(nèi)外研究和報道最多的納米孔絕熱材料是Si化氣凝膠納米孔絕熱材 料，由于其具有纖細的=維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種良好的納米孔載體，但由于Si〇2氣凝膠的制備 需要在高溫高壓下采用超臨界干燥工藝，且該工藝復(fù)雜、能耗高，同時產(chǎn)量低、綜合成本高， 最終導(dǎo)致Si〇2氣凝膠納米孔絕熱材料的價格是傳統(tǒng)絕熱材料的幾十倍，甚至上百倍，進而 導(dǎo)致其規(guī)?；a(chǎn)和實際應(yīng)用受限；另外，Si化氣凝膠的低密度、高孔隙率的特點導(dǎo)致力學(xué) 性能急劇下降，氣凝膠強度低、脆性大，雖然Woignier等學(xué)者認為通過提高氣凝膠密度、高 溫?zé)崽幚鞼及增強顆粒骨架結(jié)構(gòu)等方法可改善氣凝膠的強度，但仍難W滿足實際應(yīng)用的要 求；再者，Si〇2氣凝膠在高溫下對波長為3-8 y m的近紅外熱福射具有較強的透過性，高溫 階段遮擋紅外福射能力差，致使Si〇2氣凝膠熱導(dǎo)率隨溫度的升高顯著上升。 陽〇化]因此，合理設(shè)計納米孔絕熱材料的成分及結(jié)構(gòu)，開發(fā)一種簡單可控的生產(chǎn)工藝，通 過嚴格控制各工藝參數(shù)，研究開發(fā)一種具有良好力學(xué)性能和絕熱性能的復(fù)合納米孔絕熱材 料具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是要克服上述【背景技術(shù)】存在的缺陷，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)低的復(fù)合納米孔絕熱材料及其制備方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種復(fù)合納米孔絕熱材料，由如下重 量百分比原料制備而成：娃灰55-75wt%、紅外遮蔽劑10-30wt%、玻璃纖維10-25wt%和結(jié) 合劑 5-IOwt %。
[0008] 進一步地，所述復(fù)合納米孔絕熱材料由如下重量百分比原料制備而成：娃灰 60-70wt%、紅外遮蔽劑10-25wt%、玻璃纖維10-20wt%和結(jié)合劑5-8wt%。
[0009] 進一步地，所述復(fù)合納米孔絕熱材料由如下重量百分比原料制備而成：娃灰 65wt%、紅外遮蔽劑16wt%、玻璃纖維14wt%和結(jié)合劑5wt%。
[0010] 進一步地，所述娃灰中Si02含量> 95wt%，且娃灰粒徑為0. 1-0. 3 ym。
[0011] 進一步地，所述紅外遮蔽劑為金紅石型Ti〇2納米粉、ZrSi〇4細粉和SiC細粉中的一 種或幾種W任意比例組成的混合物，且Ti〇2納米粉的粒徑為80-120皿，ZrSiO 4細粉和SiC 細粉的粒徑《80 Ji m。
[0012] 進一步地，所述玻璃纖維為經(jīng)過硫酸或鹽酸或氨氣酸處理所形成的分散狀玻璃纖 維，且長度為3-12mm。
[0013] 進一步地，所述結(jié)合劑為糊精、木質(zhì)素、纖維素、六偏憐酸鋼中的一種或幾種W任 意比例組成的混合物。
[0014] 進一步地，本發(fā)明的復(fù)合納米孔絕熱材料通過原料組分種類和含量的科學(xué)設(shè)計， 在合理控制制備工藝的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了具有優(yōu)良綜合性能的復(fù)合納米孔絕熱材料，其體積 密度為0. 4-0. 7g/cm3,平均孔徑為50-70皿；導(dǎo)熱系數(shù)在300°c、50(rc和900°C時分別為 0. 035-0. 06W/m ? K、0. 05-0. 08W/m ? K 和 0. 07-0. 09W/m ? K ;抗折強度和耐壓強度分別為 1. 20-1. 85M化和 1. 25-1. 95MPa。
[0015] 上述復(fù)合納米孔絕熱材料的制備方法，包括如下步驟：配料、混合、壓制和燒結(jié)，所 述壓制步驟中，成型壓力為1. 8-2. 6MPa;所述燒結(jié)步驟中，燒結(jié)溫度為200-600°C。
[0016] 進一步地，所述混合步驟中，混合時間為2-化；所述燒結(jié)步驟中，升溫速率為 1-5°C /min,爐溫到達峰值后的保溫時間為2-地。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點： 陽01引 1、本發(fā)明WSi〇2含量>95wt%的娃灰為主要原料，由于娃灰本身含有大量的微納 米氣孔，制備復(fù)合納米孔絕熱材料時可原位形成均勻的孔隙，同時，原料中的結(jié)合劑在后續(xù) 燒結(jié)過程中也可形成大量微納米孔，最終產(chǎn)品的氣孔分布均勻，絕熱性能好。
[0019] 2、本發(fā)明中的紅外遮蔽劑能通過散射作用有效阻隔熱福射傳熱，最終導(dǎo)致產(chǎn)品絕 熱性能良好；玻璃纖維作為增強體，可有效提高其耐壓強度和抗折強度，最終達到具有良好 力學(xué)性能的目的。
[0020] 3、本發(fā)明的制備復(fù)合納米孔絕熱材料的方法工藝簡單可控，生產(chǎn)設(shè)備所需能耗 小，易于規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)量高，綜合成本低，具有較強的市場競爭力，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0022] 本發(fā)明實施例1-22的復(fù)合納米孔絕熱材料的原料及其質(zhì)量百分配比如表1所示。
[0023] 本發(fā)明實施例1-22的復(fù)合納米孔絕熱材料的制備方法，包括如下步驟：配料、混 合、壓制和燒結(jié)。
[0024] 本發(fā)明實施例1-22的復(fù)合納米孔絕熱材料的原料特性及具體生產(chǎn)工藝參數(shù)如表 2所示。 陽0巧]

[0027] 本發(fā)明實施例1-22的復(fù)合納米孔絕熱材料的物理性能參數(shù)如表3所示。
[0028] 表3木發(fā)明各實施例的復(fù)合納米孔絕熱材料的物理性能
[0029]
[0030] 由表3可見，本發(fā)明實施例1-22所制備的納米孔超級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 °C、500 °C和900 °C時分別為 0. 035-0. 06W/m ? K、0. 05-0. 08W/m ? K 和 0. 07-0. 09W/m ? K，抗折強度和耐壓強度分別為 1. 20~1. 85M化和1. 25~1. 95MPa。
[0031] 綜上，本發(fā)明的【具體實施方式】所制備的復(fù)合納米孔絕熱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；且其制備方法簡單，工藝可控，生產(chǎn)能耗低， 產(chǎn)量高，綜合成本低，易于批量生產(chǎn)。
[0032] 上述實施例僅為最佳例舉，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。
[0033] 其它未經(jīng)詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種復(fù)合納米孔絕熱材料，其特征在于：由如下重量百分比原料制備而成：娃灰 55-75wt%、紅外遮蔽劑10-30wt%、玻璃纖維10-25wt%和結(jié)合劑5-10wt%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料，其特征在于：由如下重量百分比原料 制備而成：硅灰60-70wt%、紅外遮蔽劑10-25wt%、玻璃纖維10-20wt%和結(jié)合劑5-8wt%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料，其特征在于：由如下重量百分比原料 制備而成：娃灰65wt%、紅外遮蔽劑16wt%、玻璃纖維14wt%和結(jié)合劑5wt%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料，其特征在于：所述娃灰中Si02含量 多95wt%，且娃灰粒徑為0· 1-0. 3μm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料，其特征在于：所述紅外遮蔽劑為金紅 石型1102納米粉、ZrSi04細粉和SiC細粉中的一種或幾種以任意比例組成的混合物，且Ti02 納米粉的粒徑為80-120nm，ZrSi04細粉和SiC細粉的粒徑< 80μm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料，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，且長度為3-12mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料，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或幾種以任意比例組成的混合物。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料，其特征在于：所述絕熱材料的體積 密度為〇. 4-0. 7g/cm3,平均孔徑為50-70nm;所述絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)在300°C、500°C和 900°C時分別為 0· 035-0. 06W/m·Κ、0· 05-0. 08W/m·K和 0· 07-0. 09W/m·K;所述絕熱材料 的抗折強度和耐壓強度分別為1. 20-1. 85MPa和1. 25-1. 95MPa。9. 一種權(quán)利要求1所述的復(fù)合納米孔絕熱材料的制備方法，包括如下步驟：配料、混 合、壓制和燒結(jié)，其特征在于：所述壓制步驟中，成型壓力為1. 8-2. 6MPa;所述燒結(jié)步驟中， 燒結(jié)溫度為200-600 °C。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合納米孔絕熱材料的制備方法，其特征在于：所述混合步 驟中，混合時間為2-6h;所述燒結(jié)步驟中，升溫速率為1-5°C/min，爐溫到達峰值后的保溫 時間為2-4h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合納米孔絕熱材料及其制備方法，其主要原料包括硅灰、紅外遮蔽劑、玻璃纖維和結(jié)合劑，其制備步驟包括配料、混合、壓制和燒結(jié)。本發(fā)明原料來源廣泛，成本低廉，工藝簡單可控，生產(chǎn)能耗低，產(chǎn)量大，產(chǎn)品氣孔分布均勻，絕熱性能好，且力學(xué)性能良好，能滿足實際應(yīng)用的需要，具有較強的市場競爭力，應(yīng)用前景廣泛。
【IPC分類】C04B38/06, C04B38/08, C04B35/14, C04B35/82
【公開號】CN105294159
【申請?zhí)枴緾N201510869474
【發(fā)明人】王俊杰, 鄭吉紅, 黃建坤, 王艷龍
【申請人】武漢鋼鐵(集團)公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年12月1日