[发明专利]一种蜂窝状轻质高强隔热防火材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学建材技术领域，尤其涉及一种蜂窝状轻质高强隔热防火材料及其制备方法。

背景技术

轻质高强材料是一类在工程上有广泛应用领域和巨大应用前景的材料，已经渗透到国防军工、航空航天、交通运输、生物医学、建筑工程等各个领域。同时，更轻更强的材料可以大大减小人类的生存成本，有效的缓解人类对能源的需求。目前，轻质高强材料多通过将合金、陶瓷等材料通过机械加工的方法做成多孔状、蜂窝状板材或块材制备得到，材料制造成本高，比强度低，无法实现真正的轻质高强。

还有另一类超轻的气凝胶材料，虽然在密度上可以达到20mg/cm³甚至更低，但是气凝胶的力学强度很低，很容易脆性破裂，难以真正应用到工程上。

因此，发明一种比强度高，制备方法简单，制备成本低，可以多功能化的轻质高强新材料已经成为人们亟待解决的问题。

为了解决上述问题，科学家们开展了一系列研究。例如：德国《先进材料》(Advanced Materials,2014年26期5930页)报道了一种环氧树脂基墨水，这种墨水可以通过3D打印技术制备仿巴尔沙木蜂窝状结构的材料。又如德国《先进材料》(Advanced Materials,2014年26期4808页)报道了以纳米多孔金作为牺牲模板，利用原子层沉积技术在模板上沉积不同厚度的Al₂O₃和TiO₂后将模板清除，得到轻质高强材料。但是上述方法制备的材料分别存在以下问题，即制备方法复杂，技术成本和经济成本高，不适合大规模制备，同时所制备的材料都无法实现功能化，例如：防火、隔热、隔音等，且不能同时具有较低的密度和较强的力学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种蜂窝状轻质高强隔热防火材料及其制备方法，制备的防火材料同时具有较低的密度和较强的力学性能。

本发明提供了一种蜂窝状轻质高强隔热防火材料的制备方法，包括：

A)将增稠剂和水的混合溶胶与水性树脂混合，并进行取向冷冻，然后在低表面能基底上进行冻干，得到混合物块材；

B)将所述混合物块材进行固化和/或低温碳化，得到蜂窝状轻质高强隔热防火材料。

优选的，所述增稠剂为壳聚糖，海藻酸钠，琼脂和淀粉中的任意一种或几种；所述水性树脂为聚氨酯，环氧树脂，酚醛树脂和硅丙树脂中的任意一种或几种。

优选的，所述增稠剂的质量与水的体积的比例为(1g～3g):100ml；所述水性树脂的质量与所述混合溶胶的体积的比例为(100mg～600mg):3ml。

优选的，所述增稠剂和水的混合溶胶中还包括：催化剂和/或填充物。

优选的，所述催化剂为甲酸，乙酸，草酸，酒石酸和盐酸中的任意一种或几种；所述填充物为粘土，蒙脱土，膨润土，二氧化硅，碳纳米管，石墨烯，硅酸钙和羟基磷灰石中的任意一种或几种。

优选的，所述填充物的质量与增稠剂的质量、催化剂的体积和水的体积的比例为(0.5g～5g):(1g～3g):(0.5ml～3ml):100ml。

优选的，所述取向冷冻的温度为-10℃～-50℃；所述冻干的时间为24h～72h。

优选的，所述低表面能基底的材质为聚四氟乙烯，全氟乙烯丙烯共聚物，氟碳树脂和有机硅橡胶中的任意一种或几种。

优选的，所述固化的温度为120℃～240℃，固化的时间为0.5h～2h；所述碳化的温度为300℃～800℃，碳化的时间为1h～4h。

本发明还提供了一种上述制备方法制备的蜂窝状轻质高强隔热防火材料。

与现有技术相比，本发明提供了一种蜂窝状轻质高强隔热防火材料的制备方法，包括：A)将增稠剂和水的混合溶胶与水性树脂混合，并进行取向冷冻，然后在低表面能基底上进行冻干，得到混合物块材；B)将所述混合物块材进行固化和/或低温碳化，得到蜂窝状轻质高强隔热防火材料。本发明提供的制备方法操作简单，可控性好，可大规模制备。制备的蜂窝状轻质高强材料密度仅为90～450mg/cm³，力学性能优良，在密度相同的条件下，比国外商业化的轻质高强材料 X114力学强度强6倍以上，比传统木材具有更高的比强度，同时兼具隔热和防火性能。且能够通过调控冷冻温度、水性树脂含量、固化温度，碳化温度，调控所得树脂材料的结构、密度和力学性能等。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的蜂窝状树脂材料横截面的扫描电镜图片；