[发明专利]锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料、连续化生产方法及装置

说明书

本发明涉及锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料、连续化生产方法及装置。本发明首先配制锆酸镧前驱体溶胶，分别添加助纺剂和催化剂即可得到纺丝溶胶和气凝胶前驱体溶胶。在纺丝和连续烧结装置上进行连续化纤维制备后，纤维被送入模具型腔并合模，高压注入气凝胶前驱体溶胶，经过高温固化、干燥前处理和干燥步骤，得到锆酸镧陶瓷纤维增强的气凝胶复合材料。本发明利用耐温更好、使用温度更高的锆酸镧纤维对气凝胶进行复合增强，提高复合材料使用温度，防止高温下材料的力学性能恶化；并且纤维成纤后，经过连续化收集、热处理、自动铺放和复合气凝胶过程，提高了气凝胶复合材料成型的连续性，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及一种复合材料、制备方法及连续化生产装置，具体来说涉及一种利用锆酸镧陶瓷纤维增强的气凝胶复合材料以及适宜于连续化生产的工业化装置。

背景技术

气凝胶复合材料具有超轻质、高强韧、低导热的特性，在尖端领域防隔热和工业节能降耗等都具有重要应用。在复合材料中，增强增韧纤维对材料的性能具有重要的影响：一方面通过纤维界面产生裂纹偏转、纤维拔出等吸能效应，对复合材料产生增强增韧作用；另一方面可以提高复合材料对辐射传热的抑制作用，提高复合材料高温隔热性能。传统用于增强气凝胶复合材料的陶瓷纤维包括：玻璃纤维、岩矿棉、硅酸铝纤维、石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维等。中国专利文件CN111703142A公开了一种高效隔热夹层结构气凝胶防热材料及其制备方法，利用氧化锆纤维毡、氧化铝纤维毡、莫来石纤维毡、石英纤维毡、硅酸铝纤维、高硅氧纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维对气凝胶材料进行增强复合；然而这些陶瓷纤维的耐温使用极限小于1400℃，当用于复合增强气凝胶时，复合材料在高温下经受高温考核过程中，纤维的微观结构发生重大转变，力学性能急剧下降，导致复合材料性能恶化；尽管氧化锆纤维耐受温度高，但其高温条件下存在相变，需要加入稳定剂，进而影响复合材料的性能。中国专利文件CN111302827A公开了耐高温纤维增强二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，首先制备纤维预制体，然后通过真空浸渍的方法制备气凝胶复合材料；但是，这类过程采用真空浸渍法，生产效率低、成品率低，导致产品成本高。

同时，现有技术中气凝胶和增强纤维多为不同的材料，难以满足高温条件下的使用要求，而且气凝胶和增强纤维分散均匀性欠佳。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是气凝胶复合材料在高温下力学性能恶化，产品生产过程中的连续性差的问题，本发明提供一种锆酸镧纤维增强气凝胶复合材料、连续化的生产方法及装置。本发明的气凝胶材料和增强材料材质相同，均为锆酸镧，复合材料的热导率低、热膨胀系数低，锆酸镧纤维和气凝胶前驱体溶胶在模具中一步成型制备，得到的复合材料中气凝胶和增强材料均匀性好。

本发明的技术方案如下：

锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料，所述的复合材料为锆酸镧纤维和锆酸镧气凝胶均匀复合而成。

根据本发明，优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料常温导热系数最低可至0.021W/m·K，热面1000℃导热系数小于0.040W/m·K，热面1200℃导热系数小于0.070W/m·K。

根据本发明，优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的膨胀系数小于2.5×10^-6/K。

根据本发明，优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的抗弯强度大于1MPa。

根据本发明，上述锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将镧化合物和锆化合物加入酸式配体和溶剂，搅拌配位反应，得到锆酸镧前驱体溶胶，备用；

将锆酸镧前驱体溶胶加入催化剂，获得气凝胶前驱体溶胶，备用；