[發明專利]玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510062165.6
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104609820B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 梁森;羅民;任瑞博;趙亮;李進;高忙忙;李海波;何力軍;李國龍
• 申請（專利權）人: 寧夏大學
• 主分類號: C04B28/24
• 分類號: C04B28/24;C04B14/42
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所 64103
• 代理人: 孫彥虎

技術領域

本發明涉及隔熱材料制造技術領域，特別涉及一種玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料及其制備方法。

背景技術

由于節能的需求，隔熱保溫材料成為節能降耗的一個主要途徑。同時，在航空航天領域，對具有低密度、耐高溫、高強度、低導熱系數等綜合指標的材料有著苛刻要求。

納米二氧化硅材料由于其密度低、耐高溫和低熱導率等優良特性，當其有很高的孔洞率和比表面積，以及很小粒徑和很低的體積密度時，能有效阻隔熱量的固體傳導及氣體對流和傳導，即納米二氧化硅具有優異的隔熱性能。然而，單一的納米二氧化硅由于密度低、高空隙導致力學性能急劇下降，故限制了納米二氧化硅在隔熱領域的發展。玻璃纖維具有強度大特點，且玻璃纖維比有機纖維耐溫高、不燃、抗腐、隔熱、隔音性好、抗拉強度高等優良特性。

因此，將納米二氧化硅和玻璃纖維按照一定的比例混合，可得到優異的隔熱材料。現有報道多將納米二氧化硅與玻璃纖維都是通過球磨混勻后，通過燒結而得到的隔熱材料，其導熱系數較大，同時強度不高，從而限制了其發展。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種具有高強度、低導熱系數的玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料。

還有必要提供一種玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料制備方法。

一種玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料，由納米二氧化硅、玻璃纖維組成，其中，玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料中的玻璃纖維沿冰晶方向定向的分布在納米二氧化硅中間。

優選的，玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料中納米二氧化硅及玻璃纖維的質量份數為：納米二氧化硅80～95份、玻璃纖維5～20份。

一種玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料制備方法，該玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料制備方法包括如下步驟：

溶液配制：取預定量的玻璃纖維及預定濃度的PVA溶液加入到水中后混合以獲得混合溶液，然后向該混合溶液中加入預定量的納米二氧化硅混合，以獲得納米二氧化硅混合溶液；

定向凝固：將裝有納米二氧化硅混合溶液的盛放容器與冷凍裝置接觸，以使盛放容器中的納米二氧化硅混合溶液沿冰晶方向定向凝固，進而獲得冷凍好的樣品；

干燥：將冷凍好的樣品置于冷凍干燥機內干燥，以獲得干燥好的樣品；

制樣：將干燥好的樣品進行壓制，以獲得壓制好的樣品，其中，放置干燥好的樣品到壓制模具的底面上時，保證干燥好的樣品中的玻璃纖維的方向與壓制模具的底面平行；

燒結：將壓制好的樣品燒結以獲得玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料。

優選的，在溶液配制的步驟中，玻璃纖維、PVA溶液、水的混合方式為：電磁攪拌3h～8h并超聲1?h～3h，水可以為蒸餾水；向該混合溶液中加入預定量的納米二氧化硅后的混合方式為：電機攪拌1?h～3h并超聲1?h～3h。

優選的，“將裝有納米二氧化硅混合溶液的盛放容器與冷凍裝置接觸，以使盛放容器中的納米二氧化硅混合溶液沿冰晶方向定向凝固，進而獲得冷凍好的樣品”的步驟具體為：

將預定厚度的銅板放入在保溫容器內，向該保溫容器中加入預定量液氮，液氮的液面要低于銅板的上表面，以作為冷凍裝置使用；

將所配的納米二氧化硅混合溶液倒入盛放容器內，并迅速的將裝有納米二氧化硅混合溶液的盛放容器放入到冷凍裝置的銅板上，待納米二氧化硅混合溶液沿冰晶方向定向凝固，以獲得冷凍好的樣品。

優選的，將冷凍好的樣品置于冷凍干燥機內的干燥時間長度為120?h～180h。

優選的，將干燥好的樣品置干壓制模具的底面上進行壓制的條件為：壓力為40MPa～60?MPa，壓制的時間長度為40s～80s。

優選的，將壓制好的樣品進行燒結的條件為：在600℃～1000℃下保溫0.5h～1.5?h。

優選的，玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料中納米二氧化硅及玻璃纖維的質量份數為：納米二氧化硅80～95份、玻璃纖維5～20份。

上述玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料及玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料制備方法，通過采用低溫冷凍凝固實現玻璃纖維定向排列在納米二氧化硅中，進而保證玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料具有高強度和低導熱率的特性。

附圖說明：

附圖1是一較佳實施方式的玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料制備方法的步驟流程圖。

圖2為玻璃纖維定向增強的納米二氧化硅隔熱材料的微觀結構圖。