一種多層布置的隔熱材料及其制備方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為"2013年8月21日"、申請(qǐng)?zhí)枮?201310364024. 0"、發(fā)明名稱為 "一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料及其制備方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種高性能復(fù)合隔熱 材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 氣凝膠是由膠體粒子縮聚而成的一種輕質(zhì)納米多孔材料，具有連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 由于其形成的孔隙尺寸小于空氣分子的平均自由程（約70nm)，空氣分子的熱傳導(dǎo)和熱對(duì) 流作用大幅度下降，同時(shí)納米顆粒堆積成無限長(zhǎng)的路徑，也有效減弱了固體對(duì)熱的傳導(dǎo)作 用，基于氣凝膠材料對(duì)固態(tài)和氣態(tài)傳導(dǎo)的優(yōu)良抑制作用，是目前已知熱導(dǎo)率最低的一種固 體材料。氣凝膠材料密度小，網(wǎng)絡(luò)骨架強(qiáng)度較差，不能單獨(dú)作為隔熱材料使用，采用基體增 強(qiáng)技術(shù)將氣凝膠顆粒復(fù)合到微米纖維氈中極大提高了氣凝膠材料的力學(xué)性能，同時(shí)由于氣 凝膠材料填充到無機(jī)纖維氈的空隙中，抑制了纖維氈中空氣分子的對(duì)流傳熱，有效提高了 無機(jī)纖維氈對(duì)熱的阻隔能力。
[0004] 熱量傳遞以三種方式進(jìn)行，傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱和輻射傳熱。在低溫階段，熱交換 以對(duì)流傳熱為主，而在高溫階段（溫度多400°C)，輻射傳熱將占主導(dǎo)地位，其傳熱量隨溫度 的4次方增長(zhǎng)，因此隨著溫度的升高，輻射傳熱所起的作用越來越大。為提高氣凝膠復(fù)合材 料的高溫隔熱能力，需添加紅外阻隔劑抑制高溫輻射傳熱，但太多紅外阻隔劑會(huì)提高復(fù)合 材料密度，從而增加固體傳熱速率，降低復(fù)合材料的隔熱能力；而太少紅外阻隔劑則很難有 好的輻射傳熱抑制作用。
[0005] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，熱量沿著隔熱材料厚度方向遞減，呈梯度分布。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)， 一種纖維制備成的薄氈只能在某一特定溫區(qū)有最好的隔熱性能。例如，對(duì)于在l〇〇〇°C環(huán)境 具有良好隔熱性能的某一種薄氈，其在600°C的環(huán)境中的隔熱性能未必良好。于是，本發(fā)明 人按照溫區(qū)遞減趨勢(shì)，將不同纖維種類的薄氈進(jìn)行組合，可實(shí)現(xiàn)薄氈隔熱性能的最優(yōu)化，從 而提尚材料的隔熱能力。
[0006] 針對(duì)高溫環(huán)境的高效防隔熱問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材 料，該材料是由無機(jī)纖維氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復(fù)合構(gòu)成，其中無機(jī)纖維氈起到基體 增強(qiáng)作用，紅外阻隔劑用于抑制輻射傳熱，氣凝膠材料填充在纖維氈空隙，抑制氣體傳導(dǎo)和 對(duì)流傳熱，并且作為纖維氈的粘結(jié)劑將多層纖維氈粘結(jié)在一起?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)纖維氈組成、 厚度、鋪層數(shù)和不同層數(shù)纖維氈紅外阻隔劑粒徑及含量來滿足實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)多層薄氈復(fù) 合隔熱材料的高效防熱功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料及其制備方法。本發(fā)明人 發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同熱環(huán)境，通過調(diào)節(jié)多層薄氈組成及鋪層順序、選用適當(dāng)?shù)募t外阻隔劑粒徑及 含量等參數(shù)，可以使該材料具有令人意外的性能，從而達(dá)到高效防隔熱的目的。
[0008] 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0009] 1. -種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料 由多層薄氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復(fù)合構(gòu)成。
[0010] 2.如技術(shù)方案1所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈由纖維制 備，所述纖維為硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖 維、石英纖維、氧化鋯纖維中的一種或任兩種的組合。
[0011] 3、如技術(shù)方案2所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述的硅酸鋁纖維、 高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維的直徑為1~7μπι，長(zhǎng)度為1~6_ ;優(yōu)選 的是，所述硅酸鋁纖維和石英纖維直徑為1~3μm，長(zhǎng)度為1~3_ ;所述的莫來石纖維、氧 化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為1~15μm，長(zhǎng)度為1~6mm，優(yōu)選的是，所述莫來石纖維、 氧化錯(cuò)纖維和氧化錯(cuò)纖維的直徑為1~10μm，長(zhǎng)度為1~3_。
[0012] 4、如技術(shù)方案1-3任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄 毯的厚度為l_l〇mm，優(yōu)選lmm、2mm、3mm、4mm或5mm;優(yōu)選的是，所述薄毯的密度為0· 05g/ cm3-〇. 25g/cm3,優(yōu)選為 0· 10g/cm3-〇. 15g/cm3。
[0013] 5、如技術(shù)方案1-4任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述紅外 阻隔劑選自由3冗、0 203、0)02、11024620 3、鈦酸鉀晶須或其中任意組分組合組成的組；優(yōu)選 的是，所述紅外阻隔劑顆粒的粒徑為l〇〇nm~100μm;另外優(yōu)選的是，紅外阻隔劑與所述薄 氈的重量比為3% -60%。
[0014] 6、如技術(shù)方案1-5任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈 為在溫度多1600°C的環(huán)境中使用的高溫區(qū)薄氈，并且選用氧化鋯纖維和/或氧化鋁纖維， 優(yōu)選選用氧化鋯纖維。
[0015] 7、如技術(shù)方案6所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用SiC、 Cr203、C〇02、Ti02、Fe203、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含 量占薄氈重量的30% -60%，優(yōu)選占40% -60% ;
[0016] 8、如技術(shù)方案1-5任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈 為在溫度小于1600°C且大于或等于1000°C的環(huán)境中使用的中溫區(qū)薄氈，并且選用硅酸鋁 纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用硅酸鋁纖 維、莫來石纖維、氧化鋁纖維或其任意組合。
[0017] 9、如技術(shù)方案8所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用SiC、 Cr203、C〇02、Ti02、Fe203、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含 量占所述薄氈重量的20% -50%，優(yōu)選占20% -40%。
[0018] 10.如技術(shù)方案1-5任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈 為在溫度小于l〇〇〇°C且大于或者等于700°C的環(huán)境中使用的低溫區(qū)薄氈，并且選用高硅氧 纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選 用高硅氧纖維和/或硅酸鋁纖維。
[0019] 11、如技術(shù)方案10所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用 SiC、Cr203、C〇02、Ti02、Fe203、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑 的含量占所述薄氈重量的15% -50%，優(yōu)選占15% -35%。
[0020] 12.如技術(shù)方案1-5任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈 為在溫度小于700°C的環(huán)境中使用的更低溫區(qū)薄氈，并且選用玻璃纖維、玄武巖纖維、高硅 氧纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選 選用硅酸鋁纖維和/或玄武巖纖維。
[0021] 13、如技術(shù)方案12所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用 SiC、Cr203、C〇02、Ti02、Fe203、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，所述紅外阻隔劑的含 量占所述薄氈重量的3% -30%，優(yōu)選占8% -15%。
[0022] 16、如技術(shù)方案1至5中任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述 薄氈為在溫度低于400°C區(qū)域的環(huán)境中使用的極低溫區(qū)薄氈，并且所述薄氈中不添加任何 紅外阻隔劑。
[0023] 17、如技術(shù)方案1至16中任一項(xiàng)所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述 氣凝膠材料選自由310 2氣凝膠、A1 203氣凝膠、Zr02氣凝膠、Si02/Al203復(fù)合氣凝膠、Si02/ Zr02復(fù)合氣凝膠、ZrO2/Α1203復(fù)合氣凝膠、炭氣凝膠和陶瓷氣凝膠組成的組。
[0024] 18、一種制備高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料的方法，該方法包括如下步驟：
[0025] (1)以無機(jī)纖維和紅外阻隔劑為原料制備纖維漿料；
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