[发明专利]一种耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在催化量的第一催化剂存在的情况下采用含硅偶联试剂通过水解‑缩聚反应制备二氧化硅溶胶，并且所述含硅偶联试剂包含含氟偶联剂；(2)在催化量的第二催化剂存在的条件下使用所述二氧化硅溶胶浸渍纤维增强体，经溶胶‑凝胶、老化、溶剂置换、干燥，得到疏水型纤维增强气凝胶复合材料。本发明还提供了耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料及其应用。本发明方法本发明方法工艺简单，操作步骤少，设备成本低；本发明的复合材料耐温性能尤其是耐高温性能好，防潮性能优异，室温热导率低，热导率稳定，密度可调，杂质含量稳定可控。

技术领域

本发明属于热防护技术领域，更具体地说，涉及一种耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶是一种具有独特的纳米三维多孔网络结构的轻质材料，是目前已知热导率最低的固体物质，被称为超级绝热材料。二氧化硅气凝胶是最常用的一种气凝胶材料，其本身具有孔隙率高、比表面巨大以及表面亲水基团含量丰富等特点，容易吸附空气中的水分而影响材料隔热性能。因此，在二氧化硅气凝胶材料生产的过程中通常需要进行疏水化处理，以增加其在空气中的稳定性和使用寿命。

目前，有人提出通过以下几种方式来实现疏水化改性：(1)通过采用三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷或六甲基二硅氧烷等作为改性剂，将制得的凝胶在惰性溶剂中进行溶剂置换后加入改性剂进行改性(例如参见CN107337424A)。另外，还有人提出通过硅酯前驱体与含疏水基团硅氧烷(例如甲基三甲氧基硅烷等)共凝胶或直接采用含疏水基团硅氧烷凝胶进行疏水化改性(例如参见CN104016360A和CN106745004A)。然而，上述方案在所使用的防潮疏水方案构建的材料疏水层组成为烷烃类基团，其耐温性一般不超过350℃。而且，由于溶胶凝胶反应的不完全性，疏水处理后的气凝胶表面仍然含有相当含量的烷氧基，此类基团耐温性低于300℃。这就使得空气条件下，一次超过350℃高低温循环使用后，材料即丧失防潮性能。失去防潮性能的二氧化硅气凝胶材料会变的极易吸湿(在相关恒温恒湿试验中吸湿率甚至大于30％)，从而失去了作为高性能可重复使用隔热材料的使用可靠性。总而言之，目前的疏水化处理方式无法实现符合预期的性能稳定性和可重复性改善。因此，目前急需开发一种可高低温循环使用且具有良好防潮性能和优异的隔热性能的二氧化硅气凝胶复合材料。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明提供了一种用于制备耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：(1)在催化量的第一催化剂存在的情况下采用含硅偶联试剂通过水解-缩聚反应制备二氧化硅溶胶，并且所述含硅偶联试剂包含含氟偶联剂；(2)在催化量的第二催化剂存在的条件下使用所述二氧化硅溶胶浸渍纤维增强体，经溶胶-凝胶、老化、溶剂置换、干燥，得到疏水型纤维增强气凝胶复合材料。

本发明在第二方面提供了一种耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料，所述耐温防潮型二氧化硅气凝胶复合材料包含含氟疏水层结构；

本发明第三方面提供了本发明第一方面任一项所述的复合材料或本发明第二方面所述的复合材料在制备复合材料构件中的应用；优选的是，所述复合材料构件选自由平板形构件、半球形构件、类半球形构件、锥形构件和异型面构件组成的组。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

(1)本发明方法工艺简单，操作步骤少，设备成本低。

(2)本发明的复合材料耐温性能好，可以在25至600℃范围内反复使用。

(3)本发明的复合材料耐高温性能良好，可以在高达600℃的温度下重复使用。

(4)本发明的复合材料防潮性能优异，可以在600℃范围内反复使用10次以上之后吸湿率不大于6％，甚至不大于2％。

(5)本发明的复合材料的室温热导率低，可以为不大于0.025W/mK。