[發明專利]氣凝膠復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201780001357.3
• 申請日: 2017-02-03
• 公開（公告）號: CN107709013B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 金賢哲
• 申請（專利權）人: SKC株式會社
• 主分類號: B32B37/02
• 分類號: B32B37/02;B32B38/16;B32B43/00;B32B5/24;B32B38/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

一種氣凝膠復合材料的制備方法，所述方法包括：潤濕預處理步驟，用于抑制諸如氈墊的纖維材料中氣泡的產生；以及在降低的壓力下將前體注入至容器中，并用前體浸漬纖維材料的步驟。所述方法可以提供具有高質量、高絕緣性和沒有氣泡的氣凝膠浸漬復合材料。

技術領域

本發明涉及氣凝膠復合材料及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是由人類開發的最輕的固體，且是一種具有約大于95%的孔隙率的超絕緣材料。氣凝膠是一種新型材料，其作為未來的絕緣材料和隔音材料引起了關注。因此，近年來，對各種工業領域中廣泛使用的氣凝膠進行了各種研究。一般來說，氣凝膠具有密度低、開孔結構、大的表面積和納米孔徑等特性。例如，氣凝膠的密度高達0.01 g/cc至0.3 g/cc，并且在約37℃（100°F）和大氣壓力下具有導熱系數為10 mW/mK至15 mW/mK的優異的絕熱性能。

已知金屬醇鹽、二氧化硅、碳化硅或氧化鋁為無機氣凝膠材料。此外，已知氨基甲酸乙酯、間苯二酚-甲醛或聚酰亞胺為有機氣凝膠材料。在這些材料中，二氧化硅氣凝膠是具有高比表面積、高孔隙率、低密度、低介電常數和優異絕熱性能的納米結構材料，其中對二氧化硅氣凝膠的生產和特性進行了大量的研究。例如，為了提高二氧化硅氣凝膠的機械強度和絕熱性能，人們試圖制備氣凝膠復合材料（參見韓國公開專利，第2011-0082379號）。

此外，為了提高氣凝膠制備的加工性能，嘗試使用帶式輸送機浸漬（參見韓國專利，第1133025號，圖3）。然而，在這種傳統的帶式輸送機浸漬方法中，需要適當的粘度以防止前體的流動損失。由于具有高粘度的氣凝膠的浸漬會導致在氣凝膠中產生氣泡，這反而可能導致氣凝膠性能降低。為了解決上述限制，可能需要足夠長的運輸時間來減少氣泡和實現均勻的浸漬。然而，在這種情況下，由于傳送帶的長度增加且必須去除滾筒壓制過程產生的毛刺，因此降低了生產率。此外，在帶式輸送機浸漬方法中，必須將凝膠化達到一定水平，即在運輸過程中發生反應時可將氣凝膠卷起。但是，可能無法提供形成具有高質量的納米孔所需的充足的凝膠化時間。

此外，根據常規方法，在前體的粘度降低和進行浸漬的情況下，由于前體不足或不均勻，前體必須進一步添加到老化罐中以補充不足的凝膠。在這種情況下，由于產生的氣凝膠可能部分地以粉末的形式脫落和散布，所以可能難以應用，并且性能質量可能會降低。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種具有改善的絕熱性能并且易于制備的氣凝膠復合材料及其制備方法。

根據本發明的一實施方式，一種氣凝膠復合材料的制備方法包括：潤濕纖維材料，所述纖維材料包括無機纖維和有機纖維中的至少一種；采用分離器將濕潤的纖維材料卷繞成卷狀，或者采用分離器將濕潤的纖維材料層壓成平面形式；將纖維材料裝入至容器中；將前體注入至容器中并凝膠化前體，同時在真空下除去殘留的氣泡來制備凝膠纖維復合材料；從容器中取出凝膠纖維復合材料并除去分離器；對凝膠纖維復合材料進行溶劑置換和有機表面改性；和大氣壓下干燥或超臨界干燥有機表面改性后的凝膠纖維復合材料。

此外，根據本發明的另一實施方式，一種氣凝膠復合材料的制備方法包括：提供纖維材料，所述纖維材料包括無機纖維和有機纖維中的至少一種；潤濕纖維材料；將濕潤的纖維材料裝入到容器中；在降低容器中的壓力之后，將前體注入至容器中并采用前體來浸漬纖維材料；通過凝膠化前體來制備凝膠纖維復合材料；置換凝膠纖維復合材料的凝膠中包含的溶劑，并有機改性凝膠的內表面；和干燥凝膠纖維復合材料。

根據本發明一實施方式，一種氣凝膠復合材料包括纖維材料以及設置在所述纖維材料中的氣凝膠，所述纖維材料包括無機纖維和有機纖維中的至少一種，其中，在所述氣凝膠復合材料的切割面中，在1500 mm²的區域中，具有10μm至5mm直徑的孔的數量為10個以下。

根據本發明實施方式，氣凝膠復合材料的制備方法包括潤濕預處理步驟，用于抑制諸如氈墊（mat）的纖維材料中氣泡的產生。因此，根據本實施方式的制備方法可以提供高質量、高絕緣且沒有氣泡的氣凝膠浸漬的復合材料。