具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料及其制備方法，屬一種保溫隔熱材料，隔熱材料中至少包括隔熱填料，隔熱填料的外部還包覆有阻隔薄膜，阻隔薄膜的內部呈真空狀態，且阻隔薄膜在真空作用下與隔熱填料緊密接觸。通過采用復合隔熱填料構成的真空隔熱結構，用以增加熱輻射，有效提高隔熱材料的隔熱性能，并且在各類氣凝膠的輔助下，可進一步提高材料的隔熱性能，據發明人實驗得到的導熱系數可達0.005W/m·K；另外通過納米復合材料技術優化隔熱材料內部的支撐結構，使得隔熱材料可具有一定的承載能力，同時本發明尤其適于在容積有限的密封空間隔熱系統中作為隔熱保溫材料使用，亦可用于其他設備或裝置中進行保溫隔熱，應用范圍廣闊。
【專利說明】具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種保溫隔熱材料，更具體的說，本發明主要涉及一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]由于部分密封空間的容積有限，為了節省空間，需要使用超低導熱系數的隔熱結構以降低隔熱結構的體積占用率和重量，從而提高空間使用效率。目前常用的保溫隔熱材料有聚氨酯泡沫(導熱系數為0.03ff/m.K-ο.04ff/m.K)、石棉(導熱系數為0.038W/m.K-0.047W/m.Κ)、聚苯乙烯泡沫(導熱系數為0.033ff/m.K-0.044W/m.K)、傳統真空隔熱結構(導熱系數為0.0025ff/m.K-0.004ff/m.K)等。但是傳統真空隔熱結構不能作為結構件承載使用、重量高，僅僅是從減少熱傳導和熱對流的角度來降低導熱系數。因此有必要針對具有特定用途的隔熱保溫材料的結構做進一步的改進。
【發明內容】
[0003]本發明的目的之一在于針對上述不足，提供一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料及其制備方法，以期望解決現有隔熱材料的單位體積隔熱率低下，且不具備承載性等技術問題。
[0004]為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案:
[0005]本發明所提供的一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，所述隔熱材料中至少包括隔熱填料，所述隔熱填料的外部還包覆有阻隔薄膜，所述阻隔薄膜的內部呈真空狀態，且阻隔薄膜在真空作用下與隔熱填料緊密接觸。
[0006]作為優選，進一步的技術方案是:所述隔熱材料中還包括作為隔熱填料載體的基體材料，所述基體材料材料與隔熱填料一并由阻隔薄膜包覆且處于真空狀態。
[0007]更進一步的技術方案是:所述基體材料為玻璃纖維布、棉線、芳綸纖維布中的任意一種或者多種。
[0008]更進一步的技術方案是:所述阻隔薄膜由鋁膜與聚偏氟乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚氯乙烯薄膜、硅橡膠膜當中的任意一種或多種復合而成。
[0009]更進一步的技術方案是:所述隔熱填料由玻璃棉與玻璃纖維、納米二氧化硅顆粒、疏水納米二氧化娃顆粒、納米氣凝膠、納米二氧化娃氣凝膠當中的任意一種或多種混合而成。
[0010]更進一步的技術方案是:所述隔熱填料中玻璃纖維的含量小于等于隔熱填料總重量的50%，納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、疏水納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、納米氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的隔熱填料總重量的10%、納米二氧化硅氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的40%。
[0011]本發明還提供了一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料的制備方法，所述制備方法為將隔熱填料混合后，放入阻隔薄膜的內部；再采用抽真空裝置使隔熱填料的內部形成真空；然后再進行熱壓密封或采用甲基乙烯基硅橡膠密封后，即隔熱材料制備完成。
[0012]作為優選，進一步的技術方案是:增加基體材料與隔熱填料一并放入阻隔薄膜的內部，且在真空的作用下使阻隔薄膜與基體材料、隔熱填料緊密接觸。
[0013]更進一步的技術方案是:所述基體材料為玻璃纖維布、棉線、芳綸纖維布中的任意一種或者多種；所述阻隔薄膜由鋁膜與聚偏氟乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚氯乙烯薄膜、硅橡膠膜當中的任意一種或多種熱壓復合而成。
[0014]更進一步的技術方案是:所述隔熱填料由玻璃棉與玻璃纖維、納米二氧化硅顆粒、疏水納米二氧化娃顆粒、納米氣凝膠、納米二氧化娃氣凝膠當中的任意一種或多種混合而成；且所述隔熱填料中玻璃纖維的含量小于等于隔熱填料總重量的50%，納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、疏水納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、納米氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的10%、納米二氧化硅氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的40%。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果之一是:通過采用復合隔熱填料構成的真空隔熱結構，用以增加熱輻射，從而有效提高隔熱材料的隔熱性能，并且在各類氣凝膠的輔助下，可進一步提高材料的隔熱性能，據發明人實驗得到的導熱系數可達0.005ff/m.K ;另外通過納米復合材料技術優化隔熱材料內部的支撐結構，使得隔熱材料可具有一定的承載能力，同時本發明所提供的一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料尤其適于在容積有限的密封空間隔熱系統中作為隔熱保溫材料使用，亦可用于其他設備或裝置中進行保溫隔熱，應用范圍廣闊。
【具體實施方式】
[0016]下面再結合具體實施例對本發明作進一步闡述。
[0017]本發明的一個實施例是一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，所述隔熱材料中至少包括隔熱填料，所述隔熱填料的外部還包覆有阻隔薄膜，所述阻隔薄膜的內部呈真空狀態，且阻隔薄膜在真空作用下與隔熱填料緊密接觸。
[0018]在本實施例中，上述隔熱填料優選為玻璃棉與玻璃纖維、納米二氧化硅顆粒、疏水納米二氧化娃顆粒、納米氣凝膠、納米二氧化娃氣凝膠當中的任意一種或多種混合而成，即通過納米級氣凝膠的真空隔熱結構來增加熱輻射而進一步提高真空隔熱材料的隔熱性能。
[0019]同時發明人還考慮到上述作為隔熱填料的材料具體的用量將影響其隔熱的能力，因此針對上述每種材質在隔熱填料中的含量進行了具體的實驗，得到如下的優選含量:即上述隔熱填料中玻璃纖維的含量小于等于隔熱填料總重量的50%，納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、疏水納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、納米氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的10%、納米二氧化硅氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的40%。
[0020]另外，更為進一步優化上述隔熱材料的隔熱性能，且使上述隔熱填料在阻隔薄膜內部的真空環境中保持均勻，最好再在上述隔熱材料的結構中增加基體材料，該基體材料即可作為上述隔熱填料的載體，并與隔熱填料一并由阻隔薄膜包覆且處于真空狀態。而關于基體材料的具體材質，發明人參考了現有技術中的多種可作為液態物質載體的材料，認為其應當采用纖維材質為好，例如玻璃纖維布、棉線、芳綸纖維布等，又或者為前述多種材質的組合。
[0021]然而上述的阻隔薄膜則可采用鋁膜與聚偏氟乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚氯乙烯薄膜、硅橡膠膜當中的任意一種或多種復合而成。與前述方式復合后的產物相類似，也可直接采用市場上可購買到的覆鋁聚酯膜。
[0022]本發明的另一個實施例是一種上述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料的具體制備方法，該制備方法大致為:將隔熱填料混合后，放入阻隔薄膜的內部；再采用抽真空裝置使阻隔薄膜的內部形成真空；然后再進行熱壓密封或采用甲基乙烯基硅橡膠密封后，即隔熱材料制備完成。
[0023]與上述的實施例相類似，可在上述方法的基礎上，增加基體材料與隔熱填料一并放入阻隔薄膜的內部，且在真空的作用下使阻隔薄膜與基體材料、隔熱填料緊密接觸。
[0024]按照上述的方法，發明人還提供了以下三個具體的操作實施例，以使得本領域的技術人員更易理解本發明:
[0025]實施例一:
[0026]a.阻隔薄膜:鋁膜、聚酯薄膜；
[0027]b.低導熱系數的隔熱填料:玻璃棉(40%wt)，玻璃纖維(30%wt)，納米二氧化硅(30%wt)；
[0028]c.低導熱系數基體材料:無；
[0029]d.制備工藝:
[0030]I)將聚酯薄膜與鋁膜進行熱壓復合或者直接購買覆鋁聚酯膜；
[0031]2)將納米二氧化硅和玻璃纖維負載到玻璃棉載體上；
[0032]3)將已經負載有低導熱填料的隔熱組分放置于阻隔薄膜上，抽真空至阻隔薄膜與隔熱組分充分貼合，熱壓密封或使用甲基乙烯基硅橡膠密封；
[0033]本例經測試后能夠達到的技術指標為:
[0034]e.導熱系數指標:導熱系數≤0.008W/m.K。
[0035]f.力學性能:彎曲≥450N。
[0036]實施例二:
[0037]a.阻隔薄膜:鋁膜、聚丙烯薄膜；
[0038]b.低導熱系數隔熱填料:玻璃棉(70%wt),納米二氧化娃氣凝膠(30%wt);
[0039]c.低導熱系數基體材料:玻璃纖維布；
[0040]d.制備工藝:
[0041]I)將聚丙烯薄膜與鋁膜進行熱壓復合或者直接購買覆鋁聚丙烯薄膜；
[0042]2)將納米二氧化硅和玻璃纖維負載到玻璃棉載體上；
[0043]3)將已經負載有低導熱填料的隔熱組分放置于阻隔薄膜上，抽真空至阻隔薄膜與隔熱組分充分貼合，熱壓密封或使用甲基乙烯基硅橡膠密封；
[0044]本例經測試后能夠達到的技術指標為:
[0045]e.導熱系數指標:導熱系數≤0.007W/m.K。
[0046]f.力學性能:彎曲≥650N。
[0047]實施例三:
[0048]a.將聚酯薄膜與鋁膜進行熱壓復合或者直接購買覆鋁聚酯膜；[0049]b.低導熱系數隔熱填料:玻璃棉(70%wt),納米氣凝膠(30%wt);
[0050]c.低導熱系數基體材料:芳綸纖維布；
[0051]d.制備工藝:
[0052]I)將聚丙烯薄膜與鋁膜進行熱壓復合或者直接購買覆鋁聚丙烯薄膜；
[0053]2)將納米氣凝膠負載 到玻璃棉載體上；
[0054]3)將已經負載有低導熱填料的隔熱組分放置于阻隔薄膜上，抽真空至阻隔薄膜與隔熱組分充分貼合，熱壓密封或使用甲基乙烯基硅橡膠密封；
[0055]本例經測試后能夠達到的技術指標為:
[0056]e.導熱系數指標:導熱系數≤0.005W/m.K。
[0057]f.力學性能:彎曲≥650N。
[0058]除上述以外，還需要說明的是在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”等，指的是結合該實施例描述的具體特征、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特征、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特征、結構或者特點也落在本發明的范圍內。
[0059]盡管這里參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本說明書公開和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【權利要求】
1.一種具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述隔熱材料中至少包括隔熱填料，所述隔熱填料的外部還包覆有阻隔薄膜，所述阻隔薄膜的內部呈真空狀態，且阻隔薄膜在真空作用下與隔熱填料緊密接觸。
2.根據權利要求1所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述隔熱材料中還包括作為隔熱填料載體的基體材料，所述基體材料材料與隔熱填料一并由阻隔薄膜包覆且處于真空狀態。
3.根據權利要求2所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述基體材料為玻璃纖維布、棉線、芳綸纖維布中的任意一種或者多種。
4.根據權利要求1或2所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述阻隔薄膜由鋁膜與聚偏氟乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚氯乙烯薄膜、硅橡膠膜當中的任意一種或多種復合而成。
5.根據權利要求1或2所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述隔熱填料由玻璃棉與玻璃纖維、納米二氧化娃顆粒、疏水納米二氧化娃顆粒、納米氣凝膠、納米二氧化娃氣凝膠當中的任意一種或多種混合而成。
6.根據權利要求5所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述隔熱填料中玻璃纖維的含量小于等于隔熱填料總重量的50%，納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、疏水納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、納米氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的10%、納米二氧化硅氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的40%。
7.—種權利要求1至6任意一項所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料的制備方法，其特征在于:所述制備方法為將隔熱填料混合后，放入阻隔薄膜的內部；再采用抽真空裝置使阻隔薄膜的內部形成真空；然后再進行熱壓密封或采用甲基乙烯基硅橡膠密封后，即隔熱材料制備完成。
8.根據權利要求7所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:增加基體材料與隔熱填料一并放入阻隔薄膜的內部，且在真空的作用下使阻隔薄膜與基體材料、隔熱填料緊密接觸。
9.根據權利要求8所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述基體材料為玻璃纖維布、棉線、芳綸纖維布中的任意一種或者多種；所述阻隔薄膜由鋁膜與聚偏氟乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚氯乙烯薄膜、硅橡膠膜當中的任意一種或多種熱壓復合而成。
10.根據權利要求7至9任意一項所述的具有超低導熱系數的高性能納米隔熱材料，其特征在于:所述隔熱填料由玻璃棉與玻璃纖維、納米二氧化娃顆粒、疏水納米二氧化娃顆粒、納米氣凝膠、納米二氧化娃氣凝膠當中的任意一種或多種混合而成；且所述隔熱填料中玻璃纖維的含量小于等于隔熱填料總重量的50%，納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、疏水納米二氧化硅顆粒的含量小于等于隔熱填料總重量的30%、納米氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的10 %、納米二氧化硅氣凝膠的含量小于等于隔熱填料總重量的40%。
【文檔編號】B32B37/10GK103438327SQ201310366875
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】羅文洲, 郭峰, 陳粵海, 石繼梅, 蔣琳 申請人:四川航天系統工程研究所