[发明专利]一种提高气凝胶复合材料接合强度的方法

说明书

本发明公开了一种提高气凝胶复合材料结合强度的方法，包括如下步骤：制备表面羟基化的纤维材料；制备硅烷偶联剂的水解液：将硅烷偶联剂加入醇溶剂和去离子水混合溶液中，搅拌；制备表面接枝有机官能团的纤维材料：将硅烷偶联剂的水解液浸渍表面羟基化的纤维材料；制备气凝胶复合材料：制备出前驱体水解液和硅烷偶联剂稀释液，将两者混合得到有机官能团溶胶，将有机官能团溶胶浸渍表面接枝有机官能团的纤维材料，直至凝胶，得气凝胶复合材料；对气凝胶复合材料依次进行老化、置换、表面处理、清洗、干燥和冷却处理。本发明中的方法使溶胶与纤维材料以化学键的形式结合在一起，不仅既增强了其机械性能，同时避免了结合不牢容易发生散落的现象。

技术领域

本发明涉及化学气凝胶领域，尤其涉及一种提高气凝胶复合材料结合强度的方法。

背景技术

气凝胶是一种高温超级绝热材料，其具有导热系数低(0.01～0.03W/m·K)，比表面积大(～1000m²/g)，体积密度小(～0.03g/cm³)，孔隙率高(80％～99.8％)以及孔隙间距小(1～100nm)等特性，但由于Si-O的弱应变性及其多孔结构导致气凝胶的机械性能差，在很大程度上限制了其在各领域的应用。目前，主要通过以下两种方法提高气凝胶的机械性能，解决其脆性问题。(1)通过优化制备工艺，改善气凝胶骨架本身的结构和性能。(2)通过添加纤维、交联剂等增强材料，制备气凝胶复合材料。但是通过添加纤维制备气凝胶复合材料，虽然提高了气凝胶的机械性能，但是气凝胶与纤维的复合主要是通过物理吸附结合在一起的，结合强度较低，结合不牢，造成气凝胶粉末容易发生散落，即“掉灰”现象，这是目前气凝胶隔热复合材料普遍存在且急需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种提高气凝胶复合材料结合强度的方法，通过硅烷偶联剂制备带有有机官能团的溶胶和接枝有机官能团的纤维或者纤维棉，使溶胶中的有机官能团与纤维或纤维棉上的有机官能团发生反应，使两者以化学键的形式结合在一起，达到避免现有技术中因为通过物理吸附结合而导致的结合不牢容易发生散落的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了一种提高气凝胶复合材料结合强度的方法，包括如下步骤：

步骤1.制备表面羟基化的纤维材料：将纤维材料浸入食人鱼溶液中进行蚀刻，然后清洗、干燥；

步骤2.制备硅烷偶联剂的水解液：将硅烷偶联剂加入醇溶剂和去离子水混合溶液中，搅拌2～64h；

步骤3.制备表面接枝有机官能团的纤维材料：将所述硅烷偶联剂的水解液浸渍所述表面羟基化的纤维材料，超声0.5～2h，在120℃下干燥1～4h；

步骤4.气凝胶复合材料的制备：

将前驱体在去离子水和乙醇中水解，调节溶液pH值为2～4，水解0.5～3h，制备出前驱体水解液；

将乙醇和所述硅烷偶联剂混合搅拌，制备出硅烷偶联剂稀释液；

将所述硅烷偶联剂稀释液滴入所述前驱体水解液中，搅拌均匀，进行缩聚反应，得到有机官能团溶胶；

将所述有机官能团溶胶浸渍所述表面接枝有机官能团的纤维材料，直至凝胶，得所述气凝胶复合材料；

步骤5.对所述气凝胶复合材料依次进行老化、置换、表面处理、清洗、干燥和冷却处理。

其中，所述纤维材料为玻璃棉或玻璃纤维，步骤1中进行蚀刻0.5～2h，用去离子水清洗，120℃下干燥2～4h。

其中，所述食人鱼溶液由98％H₂SO₄和30％H₂O₂按体积比3:1组成。

其中，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中至少一种。