[发明专利]一种气凝胶陶瓷纤维绝热板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种气凝胶陶瓷纤维绝热板及其制备方法，该气凝胶陶瓷纤维绝热板25℃导热系数≤0.021W/(m·K)，500℃导热系数≤0.050 W/(m·K)，密度250~350kg/m³，制备工艺包括溶胶及胶凝剂的配液、打浆、成型、凝胶、干燥。本发明提供了一种不含有机粘结剂的高效绝热气凝胶复合板及其制备方法，能够在工作温度800℃甚至1200℃以上领域使用。

技术领域

本发明属于绝热技术领域，具体涉及一种气凝胶陶瓷纤维绝热板及其制备方法。

背景技术

气凝胶是迄今为止绝热性能最好的材料，目前用于隔热领域的气凝胶主要为二氧化硅气凝胶。二氧化硅气凝胶因其脆性，通常是二氧化硅气与玻璃纤维、岩棉、陶瓷纤维等制成气凝胶复合材料使用。气凝胶复合材料主要包括气凝胶毡、板、纸等。与陶瓷纤维复合形成的气凝胶陶瓷纤维板具有优良的耐高温性能和较好的绝热性能，还具有优良的韧性和强度，可任意切割加工，是窑炉背衬隔热和热面耐火绝热的优选材料。

专利CN106673490A公开了一种气凝胶板及其制备方法，该法采用气凝胶粉体与陶瓷纤维等粉料混合，加入树脂、溶剂、分散剂等制得。因气凝胶粉具有疏水性，不溶于水，该制备方法中，加入了小分子有机溶剂以及分散剂，使气凝胶分散到复合材料中。分散在有机溶剂中的气凝胶，有机溶剂小分子容易侵入气凝胶的孔结构中，干燥过程中，由于毛细管力的存在，会破化气凝结构，导致气凝胶绝热性能下降。专利CN107986743A公开了一种气凝胶复合绝热板及其制备方法，该法采用含有结构水的气凝胶粉，即亲水型气凝胶与陶瓷纤维混合，避开了有机溶剂对机构的破坏，但水分子可侵入亲水型气凝胶粉内部结构，干燥过程中，也存在结构的破坏和绝热性能下降。上述报道中，制造过程都加入了有机粘结剂，有机粘结剂的特点是附着力强和粘结强度高，但有机粘结剂在300-800℃会分解碳化，从而产生浓烟，具有刺激性气味。

上述现有技术给出了制备气凝胶复合板，具有可实施性，但也存在一定的缺陷。随着陶瓷窑炉、金属熔炼窑炉、家电行业、建筑行业的进一步开发，这些领域都不希望使用含有任何有机结合剂的绝热板材，以满足生产和使用过程中高效绝热节能、无烟无味环保的特殊要求。为此，提出了研制高效节能的、满足不同高温行业使用的气凝胶陶瓷纤维板。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气凝胶陶瓷纤维绝热板，其特征在于，所述气凝胶陶瓷纤维绝热板的25℃的导热系数≤0.020W/(m·K)，500℃的导热系数≤0.050 W/(m·K)，密度为250~350kg/m³。

此外，本发明提供了一种气凝胶陶瓷纤维绝热板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）硅溶胶的配制：将正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、乙醇、水按照摩尔比1：（0.1-0.4）：（6-20）：（3-6）配制，搅拌24h以上得A液；

（2）胶凝剂配制：将液碱加入到乙醇中，搅拌均匀得质量浓度为0.1-1.5%的B液；

（3）打浆：将陶瓷纤维棉、红外遮光剂、玻纤复合粉按照质量比100：（3-5）：（3-8）依次加入到装有100-200份A液的打浆机中进行，打浆时间控制在1h以内，得到混合浆料；

（4）成型：混合浆料采用真空吸滤的方式进行成型，经压制至所需厚度后，将湿板脱模至托盘中，部分滤液与B液进行混合，将湿板浸渍与该混合液中，饱和吸附该混合液，多余的滤液回流至打浆工序；

（5）凝胶：将步骤（4）所得饱和吸附的湿板在温度25-50℃下养护1-6h，得到湿凝胶复合板；

（6）干燥：将步骤（5）得到的复合板，用乙醇浸泡，置于超临界干燥釜中，加热升温至270℃，压力控制在10-16MPa，保温保压2h后，恒温泄压至0Mpa，待温度将至100℃左右，出料，即得气凝胶陶瓷纤维绝热板。