[发明专利]一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法及得到的二氧化硅气凝胶复合材料。所述方法包括取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维混合后保温形成复合湿凝胶，将制备的复合湿凝胶放入反应釜并添加老化液进行老化，然后密闭保温；加入交换溶剂至少两次以上并保温使湿凝胶形成气凝胶；加入表面改性剂并保温进行表面改性；加入交换溶剂并保温；进行常压干燥，得到二氧化硅气凝胶复合材料。本发明制备过程中耗费溶剂少、制备速度快，制备出的二氧化硅气凝胶复合材料隔热性好、密度小、疏水性强、机械强度高。

技术领域

本发明涉及保温隔热材料领域，具体地说，是涉及一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法以及制得的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种分散介质为气体纳米多孔非晶高效隔热材料，由95％的空气和5％的二氧化硅骨架组成，其密度为3～500kg/m³，孔隙率高达80％～99.8％，比表面积高达1000m²/g，孔洞尺寸在1～100nm之间，常温常压下导热系数可抵达0.015W/(m·k)，由于其优良的阻燃隔热性能，使其在航空航天、船舶、建筑、新能源石油化工有很广阔的应用市场。

在加入短切玻璃纤维等材料进行复合后，短切玻璃纤维在湿凝胶中能进一步增强气凝胶的机械强度，进一步增强气凝胶的抗弯强度和抗压强度，进一步增强气凝胶的稳定性和抗裂性，增强了制品的使用寿命。但在气凝胶的生产过程中，为了降低气凝胶骨架的收缩与坍塌，通常需要耗费较长的时间与溶剂，较长的生产周期使得气凝胶无法连续化生产，这是阻碍气凝胶工业化的一大障碍。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种溶剂消耗少、制备速度快的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，制备出的二氧化硅气凝胶隔热性好、密度小、疏水性强、气凝胶负载量多。

本发明的目的之一为提供一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)二氧化硅湿凝胶制备：按照质量比(20～60)：(20～100)：(0.01～15)：(0.01～15)：(0.01～15)：(20～100)：(2～15)取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维，混合后保温形成复合湿凝胶；

2)二氧化硅湿凝胶的复合：将步骤1)制备的复合湿凝胶和老化液混合进行老化，密闭保温，再在温度为40～150℃下保温2～12h；

3)一次凝胶化：将经步骤2)老化处理的二氧化硅湿凝胶保留，加入交换溶剂至少两次以上并保温使湿凝胶形成气凝胶；

4)表面改性：将步骤3)得到的气凝胶保留，加入表面改性剂并保温；

5)二次凝胶化：将步骤4)表面改性后的气凝胶保留，加入交换溶剂并保温；

6)干燥：将步骤5)处理后的气凝胶干燥，得到短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料。

步骤1)中优选地，先将硅源、酸性催化剂和溶剂一搅拌后保温，再加入化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维，搅拌后保温形成复合湿凝胶；更优选地，硅源、酸性催化剂和一部分溶剂一搅拌后保温，再加入化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、和剩余溶剂一，最后加入溶剂二、短切玻璃纤维，搅拌后保温形成复合湿凝胶。

硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维质量比优选为(30～50)：(40～80)：(0.05～10)：(0.1～10)：(0.05～10)：(40～80)：(5～10)。