[发明专利]一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法，该复合材料以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体，通过配制有机硅溶液、溶液浸渍柔性纤维毡、溶胶‑凝胶过程、洗涤‑干燥等步骤制备得到。与现有技术相比，本发明制备得到的材料隔热性能优异，具有很高的机械耐用性和疏水性，制备工艺简单，成本低，同时具有一定柔性，使得其可设计性强，易于后期尺寸裁剪。整体上符合基本的隔热需求，可以应用到建筑、墙体和管道等多个领域中。

技术领域

本发明属于隔热材料领域，尤其是涉及一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法。

背景技术

SiO₂气凝胶是一种轻质多孔的无机非金属材料，是由SiO₂粒子构建而成的介 孔结构，具有极低的密度和热导率，这使其在绝热保温方面具有独特优势，广泛应 用于航空航天、工业、军用及民用等领域。纯SiO₂气凝胶本身较脆，受力易碎裂， 于是通过引入有机部分到无机网络制成有机硅气凝胶来实现柔性和疏水性。纤维的 增强又能够良好的改善其力学性能。有机硅气凝胶主要是通过工艺技术较为成熟的 溶胶-凝胶法制备，改变前躯体成分或者浓度可以改变气凝胶的分子组成以及微观 结构从而实现在吸附、填充和隔热等不同领域中的应用。

在国内专利CN 1803602A中公开了一种水镁石纤维增强SiO₂气凝胶隔热材 料。以水玻璃及水镁石短纤维为原料，并加入TiO₂等无机遮光剂粒子，制得的一 种纤维增强的气凝胶隔热材料，且具有良好的疏水性，密度为0.20-0.50g/cm³，导 热系数为0.010-0.030W/m·K。但材料中SiO₂本质的脆性没有得到改善且该材料的 疏水性需要后期处理才能赋予，增加工艺复杂性。

在CN 102351507A中涉及一种以价格低廉、来源充足的农业废料稻売灰为原 料制备纤维增强SiO₂气凝胶。将稻売灰经无机碱溶液浸取后经处理生成二氧化硅 溶胶与增强纤维复合经老化、水洗、溶剂置換、干燥，制备出纤维增强的SiO₂气 凝胶。密度为0.1-0.4g/cm³，比表面积可达400-700m²/g，抗压强度为0.5-2.5MPa。 虽然原材料成本较低，但后续处理所需的步骤繁琐且没有报道该材料的隔热性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种纤维增强的 有机硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料，以具有多孔结构的硅氧烷聚合物为基体，以柔性纤维毡为增强体。

优选地，所述硅氧烷聚合物的质量分数为20-80％，所述柔性纤维毡的质量分 数为80-20％。

优选地，具有多孔结构的硅氧烷聚合物的比表面积58.98-521.3m²/g，孔容0.141-0.656cm³/g。

优选地，所述柔性纤维毡的厚度为3-40mm，密度为120-500kg/m³，纤维毡 的结构形式包括针刺网胎、穿刺网胎、多层缝合和编织结构。

纤维增强的有机硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，采用以下步骤；

(1)配制有机硅溶液：将硅烷偶联剂、尿素、表面活性剂溶解于酸性水溶液 中，控制硅烷偶联剂、水、酸、尿素、表面活性剂的摩尔比为1：24：[(0.42-4.2)×10^-3]： (0.48-2.4)：[(3.55-35.5)×10^-2]，完全溶解后剧烈搅拌0.5-1h后得到有机硅溶液；