[發明專利]一種輕質隔熱保溫材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910063732.4
• 申請日: 2009-08-26
• 公開（公告）號: CN101653960A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 李淑靜;李永霞;李遠兵;李亞偉;趙雷;桑紹柏;金勝利
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B28B1/52
• 分類號: B28B1/52;B28C7/02;C04B28/00;C04B28/34;C04B26/28;C04B26/02;C04B22/06;C04B22/08;C04B22/10;C04B14/42
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司
• 代理人: 樊 戎

技術領域

本發明屬于隔熱保溫材料技術領域，具體涉及一種輕質隔熱保溫材料及其制備方法。

背景技術

隔熱材料主要有三大應用領域：傳統的工業低溫熱工設備的保溫，以及交通工具、家用電器等工業設施的隔熱保溫；建筑圍護結構的隔熱保溫；工業高溫窖爐的隔熱保溫。性能優良的保溫絕熱材料和良好的保溫技術，在工業保溫中往往可起到事半功倍的效果。

目前，可往返工作的載人航天飛機以及核潛艇和導彈驅逐艦的一些關鍵部位，也對隔熱材料提出了更高的要求。隨著人們生活水平的提高和科學技術的發展，特別是一些關鍵設備使得許多傳統的保溫材料已不再適合要求，尋求具有輕質、高效保溫和良好的防火性能保溫材料已是當務之急，許多國家均對此投入了大量的人力和物力。

傳統的保溫隔熱材料是以提高氣相孔隙率，降低導熱系數和傳導系數為主，其中人造礦棉，玻璃纖維，耐火陶瓷纖維，以及硅酸鈣和蛭石產品就是代表。這些材料都是固體材料，且最高有約95％的孔隙率。但是很多氣孔通常是貫通的且開口氣孔具有較大的尺寸(1～100μm)，使其無法阻止氣體熱傳導，而且也無法阻擋熱輻射的傳播。

有學者認為通過納米技術將材料中的孔隙直徑降低到納米級，就會產生“零對流”、“無窮多遮熱板”、“無窮長路徑”等納米效應，使材料熱傳遞的能力下降到接近到極限。因而提出了“超級絕熱材料”的概念。超級絕熱材料是指預定使用條件下，導熱系數低于“無對流空氣”導熱系數的絕熱材料。

隔熱保溫納米材料主要有納米硬硅鈣石、硅酸鈣復合納米孔超級絕熱材料、納米級纖維保溫材料、纖維型納米隔熱材料、超級絕熱材料等。

迄今為止，國內外所報導的納米孔超級絕熱材料均是以SiO₂氣凝膠作為納米孔的載體。其多孔率可達80～99.8％，典型的孔洞尺寸在1～100nm范圍，其纖細的納米結構使得材料的熱導率極低，具有極大的比表面積。由于其成孔機理在于將凝膠置于臨界溫度和壓力以上以維持孔洞結構使其在干燥時不至于坍塌，所以現有的二氧化硅氣凝膠生產方法，在公開發表的國內外學術論文和專利中，二氧化硅氣凝膠的制備大都是用四烷氧基硅和烷基硅酸酯之類的有機硅或者水玻璃做原料，然后采用超臨界流體技術進行干燥的，存在原料昂貴和干燥設備要求高，流程復雜，周期長等導致成本過高等問題，這直接影響了氣凝膠的規模化生產和應用。且常用的正硅酸乙酯中SiO₂質量含量僅約為28％，因此尋找其替代材料是該材料研究的方向之一。超輕氣凝膠雖然是良好的納米孔載體，但都存在強度低、韌性差的缺點。而目前雖有研究者將硅酸鈣材料及SiO₂氣凝膠材料分別制成后混合制備出硅酸鈣-二氧化硅氣凝膠超級絕熱材，使材料在強度和韌性方面性能有所改善，但由于其原材料成本較高、生產條件苛刻、工藝復雜而仍然難以在工業生產上大規模推廣使用。

“一種多孔輕質隔熱保溫耐火材料及其制備方法”(200810225985.2)專利技術所制備的多孔輕質隔熱保溫材料為耐火磚，體積密度≤0.48g/cm³，400℃導熱系數≤0.13W/m.K，800℃導熱系數≤0.20W/m.K，耐壓強度≥1.2MPa，但導熱系數偏高，達不到超級絕熱的要求。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種體積密度小、平均孔徑小、氣孔分布均勻和導熱系數低的輕質隔熱保溫材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：先將30～70wt％的SiO₂細粉、10～45wt％的紅外遮蔽劑細粉和5～35wt％的玻璃纖維在50～70℃條件下分別保溫干燥8～12小時，外加上述混合料0.5～5wt％的結合劑，進行攪拌，成型，然后在100～250℃條件下保溫2～6小時，再升溫至500～700℃，保溫1～6小時。

其中：SiO₂細粉為稻殼灰細粉、介孔型細粉、氣相型細粉中的一種，SiO₂細粉的粒徑≤80μm；紅外遮蔽劑細粉為金紅石型TiO₂細粉、銳鈦礦型TiO₂細粉、ZrSiO₄細粉、SiC細粉中的一種，紅外遮蔽劑細粉的粒徑≤80μm；玻璃纖維為經硝酸或鹽酸或氫氟酸處理，長度≤9mm；結合劑為輕質碳酸鈣、磷酸二氫銨、羧甲基纖維素、樹脂粉中的一種以上；成型方法為干壓成型。