本發(fā)明涉及氣凝膠，具體涉及到一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氣凝膠是一種能夠高效隔熱的具有連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度納米多孔非晶態(tài)材料。sio2氣凝膠是由納米級sio2顆粒相互連接而形成納米級的骨架以及孔隙組成，其內(nèi)部納米級孔穴小于空氣中分子的平均自程，能夠有效阻止空氣熱對流，大量的氣孔壁，有效降低輻射傳熱；珍珠鏈狀結(jié)構(gòu)可以減少熱傳導(dǎo)。sio2氣凝膠具有超低的密度、極低的導(dǎo)熱系數(shù)，在建筑、航空航天、武器裝備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

2、sio2氣凝膠的骨架呈珍珠項(xiàng)鏈狀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其二次粒子間以點(diǎn)接觸方式相連接，接觸面積小，鍵力弱，導(dǎo)致其力學(xué)性能較差。當(dāng)氣凝膠遭受外界應(yīng)力作用時(shí)，二次粒子間的接觸點(diǎn)斷裂，造成粒子間連接斷開，凝膠骨架坍塌。因此，因sio2氣凝膠固有的脆弱性和低強(qiáng)度，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到嚴(yán)重阻礙。

3、現(xiàn)有常使用纖維增強(qiáng)sio2氣凝膠復(fù)合材料的力學(xué)性能，如專利號cn116813304a公開了一種玄武巖纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料常壓干燥工藝，以正硅酸甲酯為硅源，以玄武巖纖維為增強(qiáng)纖維得到復(fù)合氣凝膠復(fù)合材料，但是無機(jī)纖維脆性大、密度大，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能較差，缺失了材料低密度等優(yōu)點(diǎn)。

4、因此，亟需設(shè)計(jì)一種具有輕質(zhì)柔性、耐高溫性能的sio2氣凝膠的復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，由以下重量份的組分制成，包括碳纖維1～2份、含酯基的硅源11～20份、溶劑13～25份、水解劑3～7份、酸性催化劑0.1～0.3份、堿性催化劑3～9份；其中，所述碳纖維是未經(jīng)過上漿以及表面處理的聚丙烯腈基(pan)碳纖維氈、瀝青基碳纖維氈、粘膠基碳纖維氈的一種。

3、進(jìn)一步的，含酯基的硅源為硅酸四乙酯。

4、進(jìn)一步的，溶劑為無水乙醇。

5、進(jìn)一步的，水解劑為去離子水。

6、進(jìn)一步的，酸性催化劑為鹽酸；所述堿性催化劑為氨水。

7、一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，制備上述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其方法如下：

8、s1、按上述的重量份計(jì)將原料混合，加熱，攪拌形成混合液；

9、s2、將步驟s1得到的混合液倒入放置有碳纖維氈的模具中，并通過手動(dòng)浸漬將混合液充分填充入碳纖維氈中進(jìn)行凝膠處理，獲得復(fù)合材料；

10、s3、復(fù)合材料凝膠處理完成后，脫模并放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化；

11、s4、浸泡完成后烘干，得到輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料。

12、進(jìn)一步的，步驟s3放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化包括放入無水乙醇中進(jìn)行浸泡老化24h。

13、進(jìn)一步的，步驟s3放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化還包括放入正己烷中浸泡24h，正己烷體積為復(fù)合材料體積的4～5倍

14、進(jìn)一步的，步驟s3放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化還包括放入正己烷與三甲基氯硅烷混合溶液中浸泡24h，正己烷體積為復(fù)合材料體積的4～5倍，三甲基氯硅烷體積為復(fù)合材料體積的0.2倍。

15、進(jìn)一步的，步驟s4中烘干包括浸泡完成的復(fù)合材料分別在80℃烘4h、120℃烘4h至恒重。。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的技術(shù)方案具備以下有益效果：

17、1、本發(fā)明的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料具有良好的隔熱性能和耐溫性，實(shí)現(xiàn)以碳纖維為骨架解決了傳統(tǒng)氧化硅氣凝膠力學(xué)性能差(強(qiáng)度低、脆性大、產(chǎn)品掉粉掉渣)的特點(diǎn)，減少了氣凝膠的使用，降低了成本。

18、2、本發(fā)明的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料可以應(yīng)用于低溫材料中的保溫和高溫環(huán)境中的隔熱。

技術(shù)特征：

1.一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份的組分制成，包括碳纖維1～2份、含酯基的硅源11～20份、溶劑13～25份、水解劑3～7份、酸性催化劑0.1～0.3份、堿性催化劑3～9份；其中，所述碳纖維是未經(jīng)過上漿以及表面處理的聚丙烯腈基(pan)碳纖維氈、瀝青基碳纖維氈、粘膠基碳纖維氈的一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于：所述含酯基的硅源為硅酸四乙酯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于：所述溶劑為無水乙醇。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于：所述水解劑為去離子水。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于：所述酸性催化劑為鹽酸；所述堿性催化劑為氨水。

6.一種輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，制備權(quán)利要求1-5任一所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其方法如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s3放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化包括放入無水乙醇中進(jìn)行浸泡老化24h。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s3放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化還包括放入正己烷中浸泡24h，正己烷體積為復(fù)合材料體積的4～5倍。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s3放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化還包括放入正己烷與三甲基氯硅烷混合溶液中浸泡24h，正己烷體積為復(fù)合材料體積的4～5倍，三甲基氯硅烷體積為復(fù)合材料體積的0.2倍。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高韌的sio2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟s4中烘干包括浸泡完成的復(fù)合材料分別在80℃烘4h、120℃烘4h至恒重。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及氣凝膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種輕質(zhì)高韌的SiO<subgt;2</subgt;氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制備方法。本申請以硅酸四乙酯為硅源、醇為溶劑、去離子水為水解劑，通過加入鹽酸添加劑，氨水促進(jìn)聚合，攪拌形成混合液；再將混合液倒入放置有碳纖維氈的模具中，并通過手動(dòng)浸漬將混合液充分填充入碳纖維氈中進(jìn)行凝膠處理，獲得復(fù)合材料，接著復(fù)合材料脫模并放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡老化，最后烘干，得到輕質(zhì)高韌的SiO<subgt;2</subgt;氣凝膠隔熱復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)以碳纖維為骨架解決了傳統(tǒng)氧化硅氣凝膠力學(xué)性能差(強(qiáng)度低、脆性大、產(chǎn)品掉粉掉渣)的特點(diǎn)，減少了氣凝膠的使用，降低了成本。其可應(yīng)用于低溫材料中的保溫和高溫環(huán)境中的隔熱。

技術(shù)研發(fā)人員：原翼凱,汪汀,張松松,王國軍,馬騰,郭增賢,吳喜娜,王立濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島匯坤材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6