[發明專利]一種超疏水性硅鋁鋯復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710034626.8
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106830878B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 戴金洲;陳曉星;劉曉明;柯志勇
• 申請（專利權）人: 加新科技（深圳）有限公司
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02;C04B14/46;C04B38/00;C01B33/26;C04B111/27
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 孫偉

技術領域

本發明屬于材料技術領域，尤其涉及一種超疏水性硅鋁鋯復合材料及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是一種由納米級微粒高度交聯聚集的具有多孔性的固體材料，具有連續的三維網絡結構，孔隙率大于90%，是一種輕質超級絕熱材料。氣凝膠的結構特性，使得它具有力學、熱學、聲學、光學、電學等方面的特殊性質，目前研究和應用比較廣泛的是氧化硅體系的氣凝膠材料，但是由于氧化硅氣凝膠對波段在2μm至8μm范圍內的紅外線不具有遮擋能力，在高溫狀態下，這一波段的熱輻射能量將幾乎全部通過氣凝膠。同時在高溫下，SiO₂氣凝膠納米孔容易坍塌，氣凝膠結構趨于致密化，隔熱性能降低。氧化鋁氣凝膠耐溫高，可成為符合要求的高溫保溫絕熱材料，但高溫下會發生晶形轉變而導致結構坍塌、結構受熱收縮，基于此對氣凝膠進行二元、多元結構復合來提高性能，以滿足在航空、航天及其他工業對高效、輕質保溫材料的需求。硅鋁氣凝膠解決了氣凝膠有效使用溫度低的缺點，但是導熱系數仍較高，且疏水性不佳、收縮大、成本高。如專利201010294770.3，高溫下的導熱系數仍較高，氣凝膠與纖維的結合不穩定，容易掉粉，一般1000℃使用時，熱輻射不可忽略，為了進一步降低氣凝膠復合材料高溫條件下的導熱系數增強氣凝膠與纖維的結合，氣凝膠中加入氧化鋯成分并對無機纖維材料預處理。可根據產品的性能要求選擇相應的原材料，干燥方法可以采用超臨界干燥、常壓干燥或冷凍干燥。目前，有公開制備氧化鋁-氧化鋯-氧化硅三元氣凝膠的，但是制得的氣凝膠收縮較大，在高溫下結構保持不穩定，制備周期超過3天，而且制備成本高，不利于推廣使用，且單純氣凝膠結構存在強度低、脆性大等力學性能差的缺點。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種超疏水性硅鋁鋯復合材料及其制備方法，制備得到的硅鋁鋯氣凝膠復合材料振動質量損失率低、在高溫下結構保持穩定。

對此，本發明采用的技術方案為：

一種超疏水性硅鋁鋯復合材料，其包含硅鋁鋯氣凝膠和纖維材料，所述硅鋁鋯氣凝膠的組分以及質量 百分比為：SiO₂ 30%～95%，Al₂O₃ 5%~70%，ZrO₂ 的質量百分比大于0、不大于10%；所述纖維材料浸漬到所述硅鋁鋯氣凝膠中，經過凝膠和超臨界干燥處理得到超疏水性硅鋁鋯復合材料。優選的，所述纖維為無機纖維。

作為本發明的進一步改進，所述纖維為硅酸鋁棉、氧化鋁纖維、碳纖維、碳化硅纖維或碳氮硅纖維中至少一種。

作為本發明的進一步改進，所述超疏水性硅鋁鋯復合材料采用以下步驟制備得到：

步驟S1：配制氧化鋁溶膠，將鋁源、乙醇、去離子水混合后充分攪拌，形成無色透明溶液，即為氧化鋁溶膠；

步驟S2：配制氧化硅和氧化鋯的溶膠，將硅源、鋯源、乙醇、去離子水混合后充分攪拌，形成無色透明溶液，即為氧化硅和氧化鋯的溶膠；

步驟S3：將步驟S1中的氧化鋁溶膠和步驟S2中的氧化硅和氧化鋯的溶膠混合，加入環氧丙烷 ，攪拌30~60min，靜置得到硅鋁鋯氣凝膠；

步驟S4：將纖維材料進行表面預處理，然后將纖維材料浸漬到所述硅鋁鋯氣凝膠中，并置于50~80℃下，使混合物中的所述硅鋁鋯復合溶膠發生膠凝，得到硅鋁鋯復合凝膠；

步驟S5：20~30℃老化20~30h，并用無水乙醇進行置換，除去反應廢液后放入高壓容器中以乙醇為干燥介質進行干燥，干燥溫度為240℃~280℃，得到超疏水性硅鋁鋯復合材料。其中，干燥溫度優選為250℃。

其中，所述鋁源為仲丁醇鋁、硝酸鋁、硫酸鋁等鋁鹽和乙酰丙酮鋁中的至少一種。

優選的，所述硅源包括六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、氟硅烷中的至少一種；所述硅源還包括正硅酸乙酯、硅溶膠、硅酸鈉中的至少一種。即硅源可以為一種，可以為多種，若是為一種硅源時，硅源須為帶有一定疏水基團的硅源，如六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、氟硅烷等，若是硅源為多種，則有一種為上述所述的帶有疏水基團的硅源，其它硅源可為不帶疏水基團的硅源，如正硅酸乙酯、硅溶膠、硅酸鈉溶液等。

優選的，所述鋯源為氧化鋯或氯化鋯；所述氧化鋯的粒徑為10~100 nm。納米氧化鋯粉末添加法和溶液添加法。采用納米氧化鋯粉末添加法時，需要先進行超聲分散10~60min。其中，溶液添加法是通過將氯化鋯等鋯源溶解于水中形成溶液或采用溶膠凝膠法形成溶膠。