[發(fā)明專(zhuān)利]氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110583549.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113277822A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏歡飴;仇若翔;李文淮;丁鵬;段承杰;林繼銘
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中廣核研究院有限公司;中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司;中國(guó)廣核電力股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C04B28/24
• 分類(lèi)號(hào): C04B28/24;B28B1/52;B28B3/00;C04B41/63;C04B41/64;G21C13/08;C04B111/27
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 李睿

本發(fā)明涉及氣凝膠技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。氣凝膠復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：將纖維和硅溶膠置于模具內(nèi)混合并壓制成型后，抽真空以除去硅溶膠中的氣泡，對(duì)硅凝膠進(jìn)行超臨界干燥后，使用成膜聚合物對(duì)硅凝膠表面鍍膜，制備氣凝膠復(fù)合材料。氣凝膠與纖維復(fù)合提高了氣凝膠的力學(xué)性能，使其具有較高的力學(xué)強(qiáng)度。本發(fā)明還提供了一種使用上述方法制得的氣凝膠復(fù)合材料及其應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣凝膠技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

反應(yīng)堆容器通常是指安置核反應(yīng)堆并承受其巨大運(yùn)行壓力的密閉容器。目前的反應(yīng)堆容器存在著保溫性能差、熱量散失快的問(wèn)題。目前針對(duì)提高其保溫性也有一些研究，比如在保溫殼體中包覆層疊波形金屬反射箔片陣列對(duì)其進(jìn)行保溫。然而，金屬反射箔片的凸起肋骨堆疊形成的空腔相對(duì)較大，尺寸難以低于空氣分子平均自由程，對(duì)氣體熱傳導(dǎo)的抑制作用有限。而且金屬反射箔片需要使用模具壓制成型，使其具有特定形狀及角度，對(duì)制造工藝及水平要求較高。另外，為達(dá)到設(shè)計(jì)保溫效果，金屬反射箔片的安裝需滿(mǎn)足角度的要求，且安裝過(guò)程中相鄰金屬反射箔片的凸起肋骨可能相互碰撞導(dǎo)致?lián)p壞，安裝具有一定難度。也有研究者通過(guò)在保溫殼體內(nèi)裝填內(nèi)保溫層-支撐層-中子屏蔽層-支撐層-伽馬屏蔽層-支撐層-外保溫層實(shí)現(xiàn)對(duì)核電廠(chǎng)設(shè)備和管道的保溫。但是由于層數(shù)較多且厚度較高，從而不利于設(shè)備的移動(dòng)化、小型化，且安裝過(guò)程較為復(fù)雜，也不利于檢修。另外，各個(gè)層的材料由于密度較大，自重較重，長(zhǎng)時(shí)間的使用后在自身重力的作用下會(huì)發(fā)生下垂變形，從而導(dǎo)致材料上部密度降低，使得保溫效果大打折扣。

氣凝膠作為一種納米級(jí)多孔固態(tài)材料，具有非常低的導(dǎo)熱性且堅(jiān)固耐用而引起了廣泛關(guān)注，比如有研究者通過(guò)將水性膠黏劑和纖維網(wǎng)絡(luò)布均勻包覆于氣凝膠塊體表面或兩個(gè)塊體界面之間制得增強(qiáng)型氣凝膠復(fù)合材料。但是該方法僅能對(duì)氣凝膠表面或者接觸面進(jìn)行增強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣凝膠材料整體的增強(qiáng)。此外當(dāng)選用有機(jī)物粘結(jié)劑時(shí)，在高溫條件下粘結(jié)劑會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)而分解，降低了纖維網(wǎng)格布與氣凝膠的結(jié)合程度，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能的下降。而且纖維網(wǎng)格布的網(wǎng)格也難以防止氣凝膠復(fù)合材料掉粉。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供了一種氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)該氣凝膠復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和低熱導(dǎo)率。

本發(fā)明一方面，提供一種氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：

將纖維和硅溶膠置于模具內(nèi)混合并壓制成型后，抽真空以除去所述硅溶膠中的氣泡，制備纖維增強(qiáng)硅凝膠；

對(duì)所述硅凝膠進(jìn)行超臨界干燥后，使用成膜聚合物對(duì)所述硅凝膠表面鍍膜，制備氣凝膠復(fù)合材料。

在一些實(shí)施方式中，所述纖維和所述硅溶膠的質(zhì)量比為2:1～4:1。

在一些實(shí)施方式中，所述硅溶膠的制備方法包括以下步驟：

將正硅酸乙酯、乙醇、乙二醇和硝酸水溶液混合使所述正硅酸乙酯進(jìn)行水解反應(yīng)后加入氨水制備硅溶膠。

在一些實(shí)施方式中，所述正硅酸乙酯、乙醇和乙二醇的體積比為(1～5):(8～12):(0.5～1.5)，所述硝酸水溶液的濃度為0.1mol/L～0.3mol/L，所述氨水的濃度為0.5mol/L～0.9mol/L。

在一些實(shí)施方式中，所述纖維為陶瓷纖維和釔穩(wěn)定納米氧化鋯纖維中的一種或兩種。

在一些實(shí)施方式中，所述成膜聚合物為聚苯乙烯樹(shù)脂、聚氨酯、聚丙烯酸樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或特氟龍涂料。

在一些實(shí)施方式中，所述鍍膜厚度為0.2mm～3mm。

在一些實(shí)施方式中，所述制備方法在對(duì)所述硅凝膠進(jìn)行超臨界干燥之前還包括將所述纖維增強(qiáng)硅凝膠靜置以使其介孔化的步驟。

本發(fā)明一方面，還提供一種如上述所述的制備方法制得的氣凝膠復(fù)合材料。