專利名稱：一種納米孔絕熱材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米孔絕熱材料，同時還涉及該絕熱材料的制備方法，屬于絕熱材料領域。
背景技術：
在1992年，美國人Hunt A J等在國際材料工程大會上就提出了超級絕熱(Super insulation)材料的概念。認為超級絕熱材料是指在特定的使用條件下，其導熱系數低于 “靜止空氣”導熱系數的絕熱材料，此類材料應具有大量的納米孔隙，亦被稱為納米孔超級絕熱材料。材料孔隙一般小于lOOnm，且85%以上的孔隙小于50nm，可以更強的表現出材料的納米效應。空氣中的氧氣、氮氣分子平均自由程大約為70nm，所以當孔隙小于該自由程時，空氣分子可以被視為“靜止”，有效的消除了氣體的對流傳熱。超級絕熱材料擁有廣泛的應用領域⑴太陽能熱水器。在民用領域，太陽能熱水器及其他集熱裝置的高效保溫成了能否進一步提高太陽能裝置的能源利用率和進一步提高其實用性的關鍵因素。將納米孔超級絕熱材料應用于熱水器的儲水箱、管道和集熱器，將比現有太陽能熱水器的集熱效率提高I倍以上，而熱損失下降到現有水平的30%以下。(2) 熱電池。可延長熱電池的工作壽命，防止生成的熱影響熱電池周圍的元器件。(3)軍事及航天領域。與傳統絕熱材料相比，超級絕熱材料可以用更輕的質量、更小的體積達到等效的隔熱效果。這一特點使其在航空、航天應用領域具有舉足輕重的優勢。如果用作航空發動機的隔熱材料，既起到了極好的隔熱作用，又減輕了發動機的重量。作為外太空探險工具和交通工具上的超級絕熱材料也有很好的應用前景。(4)工業及建筑絕熱領域。在工業及民用領域納米孔超級絕熱材料有著廣泛和極具潛力的應用價值。在電力、石化、化工、冶金、建材行業以及其他工業領域，熱工設備普遍存在。工業節能中，納米孔超級絕熱材料也起著非常重要的作用，其中有些特殊的部位和環境，由于受重量、體積或空間的限制，急需高效的超級絕熱材料。目前超級絕熱材料研究對象主要為二氧化硅氣凝膠復合材料，其制備工藝為濕法，制備相對復雜，加工周期長，且制備過程中涉及到使用大量的有機溶劑和多次的水洗處理，后續的干燥過程能耗大，整個過程對環境污染嚴重，同時導致制造成本過高，規模化生產受限。

發明內容
本發明的目的是彌補現有技術中存在的不足，提供一種納米孔絕熱材料。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種納米孔絕熱材料，主要由以下質量百分比的組分制備而成氣相二氧化硅40 90%、超細輕質粉體O 50%、增強纖維5 25%、添加助劑2 10%。所述的超細輕質粉體選自氣凝膠、沉淀二氧化硅、微硅粉、膨脹珍珠巖粉、蛭石粉、 高嶺土、蒙脫土、海泡石、硅藻土中的一種或幾種以任意比例組成的混合物。
所述的增強纖維選自陶瓷纖維、短切玻璃纖維、礦物纖維等無機纖維或棉纖維、植物纖維、聚丙烯纖維等有機類纖維中的一種或幾種以任意比例組成的混合物。所述的添加助劑選自二氧化鈦、炭黑、石墨、碳化硅中的一種。增強纖維主要為增強作用，增強纖維的加入起到固定粉體作用，能有效的提高成型效果，提聞制品的抗壓、抗折性能，能夠提聞材料對熱的穩定性本發明的另一個目的是提供一種納米孔絕熱材料的制備方法，該制備工藝為干法，主要包括配料、混合、均料、成型、包裝、干燥具體步驟描述如下(I)將所需材料按照比例稱取后，投入到混合設備中，充分分散約2 5min，得到均勻的混合物料，(2)根據具體要求，將定量的混合物料加入到一定規格的模具中，再經過振動，結合推板工具將混合物料均平，對物料緩慢加壓，加壓速度50 600mm/min，至I 12MPa，并保壓O. 5 5s ;(3)脫模后，得到的板材如需要變動規格尺寸可對其進行切割、鉆孔處理，再以無紡布、熱收縮膜、或耐高溫玻纖布等對其進行包裝處理，防止粉體纖維等散落；(4)將包裝好的產品，放入溫度為80 200°C烘箱干燥I 5h后得到成品。本發明的納米孔絕熱材料應用廣泛，導熱系數低，常溫下導熱系數約O. 015W/ (m ·Κ)，形狀可控，能適用于不同溫度條件下(一般-60 1200°C )，尤其是高溫領域，具有相比于其它材料更穩定的熱力學性能，其制備方法操作簡單，加工能耗低，周期短，可連續大規模生產；可以控制不同的原材料配比，得到具有不同初始導熱系數、不同耐溫范圍的產品；選擇不同的成型模具和壓力設備可得到不同規格，不同形狀的成品。本發明提供一種干法制備納米孔絕熱材料的方法，通過控制成型密度，所得成品板內形成大量納米級孔隙，獲得最佳的保溫性能。從工藝上講，比傳統制備方法更為簡潔， 提高了生產效率，節約制備成本，可視為綠色制備工藝；在產品性能上，因為其制備過程無溶劑，有效的克服了納米粒子間的團聚，可以獲得更好的保溫效果，同時成型過程無有機/ 無機粘結劑成分加入，在高溫使用條件下無有害成分釋放，整個使用過程亦是綠色環保。


圖I是本發明的納米孔絕熱材料與傳統無機纖維保溫板在不同溫度條件下導熱系數的變化曲線圖。
具體實施例方式實施例I 一種納米孔絕熱材料，由15Kg氣相二氧化硅，I. 88Kg陶瓷纖維，O. 54Kg 棉纖維、I. 63Kg炭黑制備而成,具體制備步驟如下描述(I)按上述質量配比稱取各組分原料，加入到LDH犁型飛刀混合機中，攪拌2min 后，得到均勻的混合物料；(2)稱取IKg上述混合物料，投入到規格為400X600X50mm的模具中，簡單振動后，以推板將混合物料推平；對混合物料以300mm/min的速度施加壓力，當壓力達到4MPa 時，停止加壓并保持壓力Is;(3)脫掉模具后，用規格為750 X 820mm的玻纖布包裹整齊，放入溫度為150°C的烘烤箱內，烘烤2h，得到成品板規格。實施例2 —種納米孔絕熱材料，由IOKg氣相二氧化硅，IKg微硅粉，IKg高嶺土， IKg膨脹珍珠巖粉，IKg陶瓷纖維，O. 5Kg短切玻璃纖維，O. 8Kg碳化硅制備而成，具體制備步驟如下描述(I)按上述質量配比稱取各組分原料，加入到LDH犁型飛刀混合機中，攪拌3min 后，得到均勻的混合物料；(2)稱取O. 4Kg上述混合物料，投入到規格為400 X 600 X 50mm的模具中，簡單振動后，以推板將混合物料推平，物料流動性極好，會均勻充實到模具中；對混合物料以500_/ min的速度施加壓力，當壓力達到9MPa時,停止加壓并保持壓力5s ；(3)脫掉模具后，用規格為210X415的無紡布袋包裹，對袋進行鎖邊封口，封口寬度為5mm，放入溫度為180°C的烘烤箱內，烘烤4h，得到成品板。實施例3 —種納米孔絕熱材料，由18Kg氣相二氧化硅，IKg海泡石，2Kg沉淀二氧化娃，I. 5Kg陶瓷纖維，IKg聚丙烯纖維，IKg 二氧化鈦制備而成,具體制備步驟如下描述(I)按上述質量配比稱取各組分原料，加入到LDH犁型飛刀混合機中，攪拌5min 后，得到均勻的混合物料；(2)稱取I. 5Kg上述混合物料，投入到規格為400 X 600 X 50mm的模具中，簡單振動后，以推板將混合物料推平，物料流動性極好，會均勻充實到模具中；對混合物料以350_/ min的速度施加壓力，當壓力達到5MPa時，停止加壓并保持壓力2s ；(3)脫掉模具后，用規格為210X415的熱收縮膜包裹，放入溫度為100°C的烘烤箱內，烘烤I. 5h，得到成品板。對本發明的納米孔絕熱材料的密度、抗壓強度、導熱系數等性能進行測試，選用普通的氣凝膠板和巖棉板作為對照，具體測試指標如下表所示(表I):表I本發明的納米孔絕熱材料的性能測試結果
項目實施例I實施例2實施例3氣凝膠板巖棉板密度180 Kg/m3320Kg/m3330Kg/m328(M50Kg/m324(M60Kg/m3抗壓強度3.6 MPa3.9MPa3.5MPa0.5 2MPa0.1^.5MPa導熱系數/ 溫度，25 0.017 W/(m . K)0.015 W/(m · K)0.015 W/(ra · K)0.018-0.02W/(m · K)0.045-O.06W/(m · K)本發明的納米孔絕熱材料應用在高溫領域，其導熱系數隨著溫度的變化呈現一定的規律；在不同溫度條件下，本發明的納米孔絕熱材料導熱系數保持在一個穩定的范圍內， 而傳統材料無機纖維板，隨著使用溫度升高，導熱系數變化非常大(見圖I)。
權利要求
1.一種納米孔絕熱材料，其特征在于主要由以下質量百分比的組分制備而成氣相二氧化硅40 90%、超細輕質粉體O 50%、增強纖維5 25%、添加助劑2 10%。
2.根據權利要求I所述的納米孔絕熱材料，其特征在于所述的超細輕質粉體選自氣凝膠、沉淀二氧化硅、微硅粉、膨脹珍珠巖粉、蛭石粉、高嶺土、蒙脫土、海泡石、硅藻土中的一種或幾種以任意比例組成的混合物。
3.根據權利要求I所述的納米孔絕熱材料，其特征在于所述的增強纖維選自無機纖維或有機類纖維中的一種或幾種以任意比例組成的混合物。
4.根據權利要求3所述的納米孔絕熱材料，其特征在于所述的無機纖維選自陶瓷纖維、短切玻璃纖維、礦物纖維。
5.根據權利要求3所述的納米孔絕熱材料，其特征在于所述的有機纖維選自棉纖維、 植物纖維、聚丙烯纖維。
6.根據權利要求I所述的納米孔絕熱材料，其特征在于所述的添加助劑選自二氧化鈦、炭黑、石墨、碳化硅中的一種。
7.—種如權利要求I所述的納米孔絕熱材料的制備方法，該制備工藝為干法，主要包括配料、混合、均料、成型、包裝、干燥，具體步驟如下所述(1)將所需材料按照質量配比稱取后，投入到混合設備中，充分分散約2 5min，得到均勻的混合物料；(2)根據具體要求，將定量的混合物料加入到一定規格的模具中，再經過振動，結合推板工具將混合物料均平，對物料緩慢加壓，加壓速度50 600mm/min，至I 12MPa，并保壓O.5 5s ;(3)脫模后，得到的板材如需要變動規格尺寸可對其進行切割、鉆孔處理，再以無紡布、 熱收縮膜、或耐高溫玻纖布等對其進行包裝處理，防止粉體纖維等散落；(4)將包裝好的產品，放入溫度為80 200°C烘箱干燥I 5h后得到成品。
全文摘要
本發明涉及一種納米孔絕熱材料，同時還涉及該絕熱材料的制備方法，屬于絕熱材料領域。一種納米孔絕熱材料，主要由以下質量百分比的組分制備而成氣相二氧化硅40～90％、超細輕質粉體0～50％、增強纖維5～25％、添加助劑2～10％。本發明的納米孔絕熱材料制備工藝為干法，主要包括配料、混合、均料、成型、包裝、干燥等步驟。本發明的納米孔絕熱材料應用廣泛，導熱系數低，尤其是高溫領域，具有相比于其它材料更穩定的熱力學性能，本發明提供的納米孔絕熱材料的制備方法，通過控制成型密度，所得成品板內形成大量納米級孔隙，獲得最佳的保溫性能，從工藝上講，比傳統制備方法更為簡潔，提高了生產效率，節約制備成本。
文檔編號C04B38/00GK102603348SQ20121007436
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者劉相紅 申請人:劉相紅