[发明专利]一种碳纤维-二氧化硅气凝胶保温材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维‑二氧化硅气凝胶保温材料的制备方法，包括：(1)将一定量的碳纤维加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，超声分散0.5～1.5h，得到碳纤维分散液；(2)向上述碳纤维分散液中加入正硅酸乙酯和三乙氧基甲基硅烷的乙醇溶液，边搅拌边滴加盐酸溶液，于50～60℃水浴条件下搅拌30～40min，得到碳纤维‑二氧化硅混合溶胶；(3)将上述碳纤维‑二氧化硅混合溶胶浇注入含有碳纤维的模具中，密封，室温下使其凝胶化，老化，干燥，所得复合体放入超临界干燥器内，加入乙醇浸泡所得复合体，在4～8℃条件下通入过量液态CO₂以除去乙醇溶剂和水，得到碳纤维‑二氧化硅气凝胶保温材料。本发明中的方法制得的碳纤维‑二氧化硅气凝胶保温材料具有较好的隔热性能。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种碳纤维-二氧化硅气凝胶保温材料的制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶材料其独特的纳米多孔结构，使得孔隙直径小于气体分子平均自由程，从而限制气体分子的对流传热，同时超高气孔率又使得材料的固相传热受到限制，另外，通过添加适量的红外遮光剂可以降低材料的高温辐射传热，因此，二氧化硅气凝胶被认为是目前绝热性能最佳的固体材料，在隔热材料领域具有广阔的应用前景，然而，二氧化硅气凝胶材料由于干燥过程中巨大的表面张力，使材料本身产生缺陷，加之密度极低，导致二氧化硅气凝胶材料的固有强度低、脆性大以及容易开裂等，限制了其在实际中的使用。

现有技术中，通常采用加入增强纤维以提高其力学强度。目前常用的增强纤维主要有石棉纤维，纸浆、棉、麻等有机纤维，水镁石纤维和耐碱玻璃纤维等。然而，上述有机纤维虽然具有较好的增强效果，但耐热性差，易老化或碳化，容易引起制品产生裂纹，强度降低；水镁石纤维和玻璃纤维的比重较大，使用中易增加制品容重，影响其保温、隔热性能。

为此，有必要针对上述问题，提出一种碳纤维-二氧化硅气凝胶保温材料的制备方法，其能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维-二氧化硅气凝胶保温材料的制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳纤维-二氧化硅气凝胶保温材料的制备方法，包括：

(1)将一定量的碳纤维加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，超声分散0.5～1.5h，得到碳纤维分散液，其中，所述乙醇和所述去离子水的体积之比为1:1～5；

(2)向上述碳纤维分散液中加入正硅酸乙酯和三乙氧基甲基硅烷的乙醇溶液，边搅拌边滴加盐酸溶液，于50～60℃水浴条件下搅拌30～40min，得到碳纤维-二氧化硅混合溶胶；

(3)将上述碳纤维-二氧化硅混合溶胶浇注入含有碳纤维的模具中，密封，室温下使其凝胶化，老化24～48h，干燥，所得复合体放入超临界干燥器内，加入乙醇溶剂浸泡所得复合体，在4～8℃条件下通入过量液态CO₂以除去乙醇溶剂和水，得到碳纤维-二氧化硅气凝胶保温材料。

优选的，步骤(1)中，所述乙醇和所述去离子水的体积之比为1:3。

优选的，步骤(1)中，所述碳纤维的直径范围为50～200nm，长度范围为10～100μm。

优选的，步骤(2)中，所述正硅酸乙酯和所述三乙氧基甲基硅烷的摩尔比为1:0.5～1.5。

优选的，所述正硅酸乙酯和所述三乙氧基甲基硅烷的摩尔比为1:1。

优选的，步骤(3)中，所述超临界干燥器内的条件为：温度为35～50℃，压力为13～18MPa。

优选的，所述超临界干燥器内的条件为：温度为38～45℃，压力为15～16Mpa。