[發明專利]一種高性能多層薄氈復合隔熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310364024.0
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103449777A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 張凡;宋寒;劉斌;蘇力軍;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: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B28/24;C04B14/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及功能復合材料技術領域，具體地說，本發明涉及一種高性能復合隔熱材料及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是由膠體粒子縮聚而成的一種輕質納米多孔材料，具有連續的網絡結構，由于其形成的孔隙尺寸小于空氣分子的平均自由程(約70nm)，空氣分子的熱傳導和熱對流作用大幅度下降，同時納米顆粒堆積成無限長的路徑，也有效減弱了固體對熱的傳導作用，基于氣凝膠材料對固態和氣態傳導的優良抑制作用，是目前已知熱導率最低的一種固體材料。氣凝膠材料密度小，網絡骨架強度較差，不能單獨作為隔熱材料使用，采用基體增強技術將氣凝膠顆粒復合到微米纖維氈中極大提高了氣凝膠材料的力學性能，同時由于氣凝膠材料填充到無機纖維氈的空隙中，抑制了纖維氈中空氣分子的對流傳熱，有效提高了無機纖維氈對熱的阻隔能力。

熱量傳遞以三種方式進行，傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱。在低溫階段，熱交換以對流傳熱為主，而在高溫階段(溫度≥400℃)，輻射傳熱將占主導地位，其傳熱量隨溫度的4次方增長，因此隨著溫度的升高，輻射傳熱所起的作用越來越大。為提高氣凝膠復合材料的高溫隔熱能力，需添加紅外阻隔劑抑制高溫輻射傳熱，但太多紅外阻隔劑會提高復合材料密度，從而增加固體傳熱速率，降低復合材料的隔熱能力；而太少紅外阻隔劑則很難有好的輻射傳熱抑制作用。

本發明人發現，熱量沿著隔熱材料厚度方向遞減，呈梯度分布。本發明人還發現，一種纖維制備成的薄氈只能在某一特定溫區有最好的隔熱性能。例如，對于在1000℃環境具有良好隔熱性能的某一種薄氈，其在600℃的環境中的隔熱性能未必良好。于是，本發明人按照溫區遞減趨勢，將不同纖維種類的薄氈進行組合，可實現薄氈隔熱性能的最優化，從而提高材料的隔熱能力。

針對高溫環境的高效防隔熱問題，本申請提供了一種高性能多層薄氈復合隔熱材料，該材料是由無機纖維氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復合構成，其中無機纖維氈起到基體增強作用，紅外阻隔劑用于抑制輻射傳熱，氣凝膠材料填充在纖維氈空隙，抑制氣體傳導和對流傳熱，并且作為纖維氈的粘結劑將多層纖維氈粘結在一起。可以通過調節纖維氈組成、厚度、鋪層數和不同層數纖維氈紅外阻隔劑粒徑及含量來滿足實際需求，實現多層薄氈復合隔熱材料的高效防熱功能。

發明內容

本發明的目的是提供一種高性能多層薄氈復合隔熱材料及其制備方法。本發明人發現，針對不同熱環境，通過調節多層薄氈組成及鋪層順序、選用適當的紅外阻隔劑粒徑及含量等參數，可以使該材料具有令人意外的性能，從而達到高效防隔熱的目的。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：

1.一種高性能多層薄氈復合隔熱材料，其中，所述高性能多層薄氈復合隔熱材料由多層薄氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復合構成。

2.如技術方案1所述的高性能多層薄氈復合隔熱材料，其中，所述薄氈由纖維制備，所述纖維為硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維、氧化鋯纖維中的一種或任兩種的組合。

3、如技術方案2所述的高性能多層薄氈復合隔熱材料，其中，所述的硅酸鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維的直徑為1～7μm，長度為1～6mm；優選的是，所述硅酸鋁纖維和石英纖維直徑為1～3μm，長度為1～3mm；所述的莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為1～15μm，長度為1～6mm，優選的是，所述莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為1～10μm，長度為1～3mm。

4、如技術方案1-3任一項所述的高性能多層薄氈復合隔熱材料，其中，所述薄氈的厚度為1-10mm，優選1mm、2mm、3mm、4mm或5mm；優選的是，所述薄氈的密度為0.05g/cm³-0.25g/cm³，優選為0.10g/cm³-0.15g/cm³。

5、如技術方案1-4任一項所述的高性能多層薄氈復合隔熱材料，其中，所述紅外阻隔劑選自由SiC、Cr₂O₃、CoO₂、TiO₂、Fe₂O₃、鈦酸鉀晶須或其中任意組分組合組成的組；優選的是，所述紅外阻隔劑顆粒的粒徑為100nm～100μm；另外優選的是，紅外阻隔劑與所述薄氈的重量比為3％-60％。