[发明专利]一种耐高温梯度纤维复合气凝胶隔热材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温梯度纤维复合气凝胶隔热材料的制备方法，以廉价的硅溶胶、氧化铝溶胶作为硅源和铝源，以无机的玻璃纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维等作为气凝胶结构增强体，以无水乙醇、去离子水作为溶剂，结合酸性催化剂，按照一定比例进行混合，通过溶胶‑凝胶、老化和溶剂置换等方法，制备梯度纤维复合醇凝胶，再通过简单、低成本的真空干燥法对样品进行干燥处理，最终得到梯度纤维复合气凝胶，本发明简单、成本低，所制备的复合材料具有耐高温、高孔隙率、高比表面积等特点。

技术领域

本发明属于具有高效梯度隔热、耐高温无机纳米材料制备的技术领域，尤其涉及一种耐高温梯度纤维复合气凝胶隔热材料的制备方法。

背景技术

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具有三维纳米网络结构，是一种新型的纳米多孔材料。其具有高的比表面积、高孔隙率、低折射率、超低密度、超强吸附性等特征，所以在热学、光学、电学、声学等方面都具有广泛的应用前景。在热学方面，气凝胶的纳米多孔网络结构能够有效抑制固相热传导和气相传热，具有优异的隔热特征，是目前世界上热导率最低的固态材料，在航天航空、化工冶金、节能建筑等领域具有广阔的应用前景。

据现有国内外报道，传统的单一体系的SiO₂气凝胶隔热材料具有诸多的优良特征，但长期稳定使用温度只限于650℃以下，大大制约了SiO₂气凝胶材料的应用范围。研究表明，Al₂O₃气凝胶在具备成型稳定且结构强度大，且耐温性高达1000℃以上，但隔热效果要比SiO₂气凝胶材料要差一些。众所周知，纯的硅基、铝基等氧化物气凝胶的强度非常之低，大块的样品无法制备，且难以进行机械加工、成型，很难实现大规模的应用。所以，必须采用纤维等增强材料对纯的纳米气凝胶进行结构增强。所以，以氧化铝纤维增强Al₂O₃气凝胶作为耐高温层抵抗高温热源，玻璃纤维增强SiO₂气凝胶作为高效隔热层，为了更好的解决界面结合问题，在它们两者之间插入界面自愈合过渡层硅酸铝纤维增强SiO₂/Al₂O₃复合气凝胶，形成了完整一体化的梯度纤维复合气凝胶隔热材料，该复合材料不仅可以耐高温，而且能达到最佳的隔热效果，具有重大的科研研究价值和广泛的实际应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了设计一种纤维复合气凝胶体系，利用氧化铝纤维增强Al₂O₃气凝胶作为耐高温层抵抗高温热源，玻璃纤维增强SiO₂气凝胶作为高效隔热层，中间采用界面自愈合过渡层硅酸铝纤维增强SiO₂/Al₂O₃复合气凝胶解决界面结合问题，提供一种具有耐高温、易成型加工、高效隔热效果的耐高温梯度纤维复合气凝胶隔热材料的制备方法。

本发明的技术方案为：一种耐高温梯度纤维复合气凝胶隔热材料的制备方法，具体步骤如下：一种耐高温梯度纤维复合气凝胶隔热材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将硅溶胶、无水乙醇、去离子水按体积比1：(0.5～2.0)：(0.1～1.0)混合均匀配成溶液，在45～50℃下混合搅拌30～60min，得到澄清的SiO₂溶胶溶液，继续加入酸性催化剂，调节溶液pH值为4～6，再将溶胶溶液浸渍于模具中的玻璃纤维中，薄膜密封，并放置在50～60℃真空干燥箱中3～6h，得到玻璃纤维复合SiO₂湿凝胶，记为纤维复合湿凝胶A，将纤维复合湿凝胶A连模具一起取出，并在其上表面放置硅酸铝纤维；