[發明專利]一種高性能隔熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010294784.5
• 申請日: 2010-09-28
• 公開（公告）號: CN101948296A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 張繼承;鄒軍鋒;張鵬;張昊;趙宇;詹萬初
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02;C04B14/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及功能材料領域，具體地說，本發明涉及一種纖維增強型氣凝膠隔熱材料及其制備方法。

背景技術

隨著人類經濟生活的迅速發展，人類對能源的需求越來越大。但是目前人類使用的能源主要為不可再生能源，能源短缺成為制約人類發展的重要障礙。因此，降低能耗、節約能源成為人類需要共同努力的目標。

隔熱材料技術是一項非常高效、低成本的節能技術，在諸多領域有重要用途。如在建筑領域，隔熱材料的使用能降低因使用空調制冷或暖氣加熱導致的能源消耗；在冶煉工業領域，纖維增強型氣凝膠隔熱材料的使用除了降低能源消耗外，還將使工業爐爐溫穩定，有利于提高熔煉工藝過程的可控性。另外，在航天、航空等領域，纖維增強型氣凝膠隔熱材料在某些特殊使用環境下甚至對保障產品性能起到決定性的作用。

氣凝膠被稱為“固體煙”，是目前發現的一類最高效的隔熱材料。它由納米膠體粒子或高聚物分子構成的輕質、非晶、多孔性凝聚態固體材料，其顆粒尺寸介于1～100nm之間，屬于納米材料的范疇。氣凝膠具有獨特的開放性多孔結構和連續三維網絡，具有極低的密度、高比表面積和高孔隙率。由于氣凝膠的孔徑(＜50nm)小于空氣分子的平均自由程(～70nm)，可以最大限度地抑制氣體對流，因而具有極低的氣態熱傳導；同時由于氣凝膠具有極高的孔隙率，其中固體所占的體積比很低，固態熱傳導也很低。

氣凝膠材料用作隔熱材料已經有許多領域得到應用。美國NASA將氣凝膠作為超級隔熱材料應用于火星探測器上；俄羅斯的“和平”號空間站也使用二氧化硅氣凝膠作用熱防護材料。中國專利CN1557778A、CN1335805A、CN1196036A、CN1592651A均報道了氣凝膠材料，其中，氣凝膠的制備方法均采用溶膠-凝膠法，并通過纖維復合使氣凝膠材料力學性能和使用性能得到提高，在隔熱領域有很大的應用前景。

就目前而言，大多數氣凝膠材料使用溫度都不高(不超過800℃)。炭氣凝膠材料雖然可以耐高/超高溫，但是，該材料在高溫下在空氣中容易氧化，從而導致隔熱性能下降。

發明內容

本發明提供了一種纖維增強型氣凝膠隔熱材料及該材料的制備方法。該材料為高溫下(1000℃～1200℃)具有優良隔熱性能的輕質氣凝膠復合隔熱材料。該材料制備方法簡單、成本低、性能優越，有望在多種高溫工作環境下得到應用。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

1.一種纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述纖維增強型氣凝膠隔熱材料包含二氧化硅氣凝膠和纖維材料，所述二氧化硅氣凝膠以二氧化硅水溶膠為原料，通過添加催化劑來制備。

2.如技術方案1所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述催化劑選自鹽酸、氫氟酸、氨水和氟化銨水溶液組成的組中的一種或兩種以上的組合。

3.如技術方案1或2所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述纖維材料為選自由下列纖維材料組成的組中的一種或者兩種以上的組合：石英纖維、高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、碳纖維、玻璃纖維、莫來石纖維、碳化硅纖維、氮化硅纖維、氧化鋁纖維、氮化硼纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、丙綸纖維和纖維素纖維；另外優選的是，所述纖維材料選自如下纖維材料組成的組中的一種或者多種的組合：石英纖維、高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、碳纖維、莫來石纖維、碳化硅纖維、氮化硅纖維、氧化鋁纖維和氮化硼纖維。

4.如技術方案1～3中任一項所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述纖維材料的體積密度為0.005g/cm³～1.00g/cm³，優選為0.01g/cm³～0.30g/cm³。

5.如技術方案1～4中任一項所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述纖維材料為連續纖維材料或短纖維材料。

6.如技術方案1～5中任一項所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述纖維材料為連續纖維材料的有序組合體或短纖維材料的有序組合體。

7.如技術方案1～6中任一項所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述纖維增強型氣凝膠隔熱材還包含紅外遮蔽材料；優選的是，所述紅外遮蔽材料為具有紅外反射特性的功能性材料或者具有紅外輻射特性的功能性材料。

8.如技術方案7所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述紅外遮蔽材料用作涂層或者填料。

9.如技術方案7或8所述的纖維增強型氣凝膠隔熱材料，其中，所述紅外遮蔽材料選自由下列材料組成的組中的一種或多種的組合：氧化鋯、碳化硅、二氧化鈦、三氧化二鐵、炭黑和碳纖維。