[发明专利]一种复合原生气凝胶绝热材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种复合原生气凝胶绝热材料的制备方法，包括以下步骤：(1)硅溶胶制备：以正硅酸乙酯为前驱体制备硅溶胶；(2)铝溶胶制备：利用含铝粉体制备γ‑Al‑OOH溶胶；(3)材料混合：将硅溶胶和铝溶胶混合，加入红外遮光剂颗粒和增强纤维，搅拌均匀；(4)凝胶化和陈化：将混合材料静置、陈化；(5)干燥与热处理：陈化后的材料在常压下干燥，置于模具中压制成型。本发明在溶胶形成过程中添加红外遮光剂和增强纤维，体系分散更均匀，使纤维对材料的力学增强作用和遮光剂的遮光效果得以充分发挥，同时避免了颗粒间相互接触导致的固相传热，降低了热导率。

技术领域

本发明属于纳米绝热材料技术领域，尤其涉及超低热导率原位生长的复合气凝胶绝热材料的制备方法。

背景技术

工业耗能是中国三大高耗能行业之首，在石化、冶金、电力等工业炉和高温设备上采用绝热耐火材料，是实现节能降耗的重要途径。传统绝热耐火材料有轻质砖、轻质浇注料、耐火纤维等，由于其导热系数相对较高，在给定厚度下无法满足工业设备外壁温度低于70℃的节能要求，因此需要采用低导热率的绝热材料。

气凝胶绝热材料具有优异的绝热性能，与传统的绝热保温材料相比，绝热效果可提高2～10倍，绝热层厚度可减少30％～50％，既可提高有效工作容量又可减少大量热损失，是当前最受关注的新型绝热材料之一。在气凝胶材料中添加适量增强纤维和红外遮光剂构成复合材料，不仅有助于材料制备成型，而且提高材料在中高温度段的绝热保温性能，从而拓宽了气凝胶材料的应用范围。专利CN105084859A、CN105084910A、CN104527199B、CN103043999B公开了利用粉体混合的方法制备复合气凝胶绝热材料方法：将纳米二氧化硅粉料、增强纤维与红外遮光剂等材料混合搅拌，再将混料装入模具，压制成型。该方法虽然制备工艺简单、生产效率较高，但存在混料不均现象。不同种类的原料通过机械设备混合时，纳米级的气凝胶颗粒较难稳固地固定在微米级纤维上，使纤维无法充分增强材料的力学性能。微米级遮光剂颗粒也无法均匀分散在纳米级气凝胶颗粒基体中，从而不能充分发挥遮光效果。未分散均匀的纤维和遮光剂颗粒又会增加固相传热，另外，利用粉体混合的方法制备复合绝热材料的过程中粉尘污染较大，试验员及操作工人需做好防护措施。

为解决现用复合绝热材料制备过程中混料不均匀的问题，本发明采用复合原位生长的方法制备气凝胶绝热材料，即在溶胶形成过程中添加红外遮光剂颗粒和增强纤维。在流动的液相体系中，微米级的遮光剂粉末和增强纤维可均匀分散在溶胶中，陈化及干燥后，颗粒和纤维表面均匀附着气凝胶。颗粒和纤维在气凝胶中均匀分散，使纤维对材料的力学增强作用和遮光剂的遮光效果得以充分发挥，同时避免了颗粒间由于相互接触导致的固相传热，从而进一步降低了热导率。另外，该方法避免了粉体混合引起的粉尘污染，因此，属于绿色环保的制备工艺。

发明内容

本发明针对现用复合绝热材料制备过程中混料不均匀的问题，提供一种复合原生气凝胶绝热材料的制备方法，以充分发挥复合材料中遮光剂的遮光效果和纤维的力学增强性能，同时降低复合材料的热导率。

一种复合原生气凝胶绝热材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，硅溶胶制备：正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体，与乙醇、水、催化剂和添加剂混合，在30～50℃下搅拌1～10h制得硅溶胶；

步骤2，铝溶胶制备：含铝粉体与水混合成悬浊液，加热至60～85℃后剧烈搅拌，加入硝酸，在剧烈搅拌和60～85℃条件下回流2～10h，制得γ-Al-OOH溶胶；

步骤3，材料混合：将步骤1制得的硅溶胶和步骤2制得的铝溶胶混合，加入红外遮光剂颗粒和增强纤维，搅拌均匀；

步骤4，凝胶化和陈化：将步骤3得到的混合材料在60～80℃静置、陈化24～48h；

步骤5，干燥与热处理：将步骤4陈化后的材料在常压下干燥，置于模具中压制成型。