本發(fā)明涉及復(fù)合隔熱材料，具體涉及一種陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隔熱材料是指能阻滯熱流傳遞的材料，又稱熱絕緣材料。傳統(tǒng)的隔熱材料主要包括玻璃纖維、石棉、巖棉和硅酸鹽等，新型的隔熱材料主要包括氣凝膠和真空隔熱材料等。目前最常用的隔熱材料為氣凝膠，氣凝膠是指通過溶膠凝膠法，用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成的一種納米級多孔固態(tài)材料，具有高氣孔率和低密度，因此具有優(yōu)秀的隔熱性能。氣凝膠主要分為硅系氣凝膠、碳系氣凝膠、硫系氣凝膠、金屬氧化物系氣凝膠和金屬系氣凝膠等，其中，最常用的氣凝膠為硅系氣凝膠。

2、但是在硅系氣凝膠的使用中，存在以下問題：第一，硅系氣凝膠的疏水性差，易吸潮，吸潮后隔熱性能大大降低，限制了硅系氣凝膠在潮濕環(huán)境中的應(yīng)用；第二，硅系氣凝膠的韌性小，力學(xué)性能差，影響了硅系氣凝膠的應(yīng)用效果；第三，由于硅系氣凝膠為多孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部顆粒細(xì)小，在使用中硅系氣凝膠的顆粒易脫落，影響了硅系氣凝膠的耐久性。

3、為了解決上述問題，發(fā)明人嘗試了將陶瓷纖維與硅系氣凝膠復(fù)合，具體為將陶瓷纖維氈加入硅系氣凝膠溶液中浸漬、固化和干燥，制備得到復(fù)合隔熱材料，由于陶瓷纖維氈的疏水性好，韌性大，從而提高了制備得到的復(fù)合隔熱材料的疏水性和韌性，此外，陶瓷纖維氈還能夠起到固定硅系氣凝膠中的顆粒的作用，從而能夠提高復(fù)合隔熱材料的耐久性。但是制備的復(fù)合隔熱材料還存在以下問題：第一，在將陶瓷纖維氈加入硅系氣凝膠溶液中浸漬時，存在浸漬不均勻的情況，導(dǎo)致制備的制備的復(fù)合隔熱材料的性能不均勻，具體表現(xiàn)在制備的復(fù)合隔熱材料的疏水性和隔熱性的性能不均勻；第二，將陶瓷纖維與硅系氣凝膠復(fù)合后制備的復(fù)合隔熱材料表面仍存在大量羥基，導(dǎo)致制備的復(fù)合隔熱材料的疏水性一般；第三，陶瓷纖維氈與硅系氣凝膠之間存在相互作用力小的問題，且相互作用力易受到溫度影響，導(dǎo)致制備的復(fù)合隔熱材料的抗熱震性差。

4、為了解決上述問題，現(xiàn)有的方法主要為對陶瓷纖維氈和硅系氣凝膠分別進(jìn)行化學(xué)改性，在陶瓷纖維氈和硅系氣凝膠中分別引入不同化學(xué)基團(tuán)，從而通過不同化學(xué)基團(tuán)之間的非共價鍵實現(xiàn)浸漬均勻，并提高陶瓷纖維氈與硅系氣凝膠之間的相互作用力，此外，通過引入疏水性強(qiáng)的化學(xué)基團(tuán)，還能夠提高復(fù)合隔熱材料的疏水性。但是引入的化學(xué)基團(tuán)的耐高溫性差，在高溫下易分解，影響了制備的復(fù)合隔熱材料的耐高溫性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料及其制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料不僅隔熱性、疏水性、韌性和耐久性好，性能均勻，而且抗熱震性和耐高溫性好。

2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，由以下步驟組成：制備一次氣凝膠溶液，一次處理，制備二次氣凝膠溶液，二次處理，制備改性碳化硅晶須懸浮液，復(fù)合；

4、所述制備一次氣凝膠溶液，由以下步驟組成：制備包覆石墨，混合；

5、所述制備包覆石墨，將硅溶膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合后，在40-45℃下以400-600rpm的攪拌速度攪拌回流5-6h，加入石墨粉，繼續(xù)攪拌回流1-1.5h，進(jìn)行離心，控制離心時的離心速度為6000-7000rpm，時間為5-6min，使用去離子水清洗沉淀物3-4次，烘干，得到包覆石墨；

6、所述制備包覆石墨中，硅溶膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、石墨粉的體積質(zhì)量比為200-210ml:6-7ml:34-36g；

7、所述石墨粉的粒徑為50μm；

8、所述硅溶膠中二氧化硅的平均粒徑為22nm，ph為9，二氧化硅的質(zhì)量含量為30%；

9、所述混合，將硅溶膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合后，在40-45℃下以400-600rpm的攪拌速度攪拌回流5-6h，加入包覆石墨、硫酸鎳，繼續(xù)攪拌回流50-60min，得到一次氣凝膠溶液；

10、所述混合中，硅溶膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、包覆石墨、硫酸鎳的體積質(zhì)量比為2000-2100ml:60-70ml:50-55g:15-16g；

11、所述硅溶膠中二氧化硅的平均粒徑為22nm，ph為9，二氧化硅的質(zhì)量含量為30%；

12、所述一次處理，將碳化硅纖維氈加入模具中，將模具加入真空器，加入一次氣凝膠溶液，保證碳化硅纖維氈能夠完全浸漬于一次氣凝膠溶液中并進(jìn)行真空靜置；然后加入烘箱中進(jìn)行熱處理，再加入管式爐中進(jìn)行高溫處理，得到一次處理后的碳化硅纖維氈；

13、所述一次處理中，所述真空靜置時真空罐的真空度為100-200pa，真空靜置的時間為30-40min；

14、所述熱處理時烘箱的溫度為100-110℃，熱處理的時間為18-20h；

15、所述高溫處理，在氬氣氣氛中，以4-5℃/min的升溫速度升溫至1450-1550℃，靜置2-2.5h；

16、所述碳化硅纖維氈的克重為300g/m2，厚度為2mm；

17、所述制備二次氣凝膠溶液，將硅溶膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合后，在40-45℃下以400-600rpm的攪拌速度攪拌回流6-7h，得到二次氣凝膠溶液；

18、所述制備二次氣凝膠溶液中，硅溶膠、γ-氨丙基三乙氧基硅烷的體積比為2000-2100:100-120；

19、所述硅溶膠中二氧化硅的平均粒徑為7nm，ph為10，二氧化硅的質(zhì)量含量為30%；

20、所述二次處理，將一次處理后的碳化硅纖維氈加入模具，將模具加入真空器，加入二次氣凝膠溶液，保證碳化硅纖維氈能夠完全浸漬于二次氣凝膠溶液中并進(jìn)行真空靜置；然后加入烘箱中進(jìn)行熱處理；再完全浸漬于無水乙醇中進(jìn)行老化處理，得到二次處理后的碳化硅纖維氈；

21、所述二次處理中，所述真空靜置時真空罐的真空度為100-200pa，真空靜置的時間為50-60min；

22、所述熱處理時烘箱的溫度為50-55℃，熱處理的時間為50-60min；

23、所述老化處理時的溫度為50-55℃，老化處理的時間為70-75h，期間每10-12h；

24、所述制備改性碳化硅晶須懸浮液，將β型碳化硅晶須、γ-（2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、無水乙醇混合后，在60-65℃下以100-200rpm的攪拌速度攪拌回流3-4h，過濾，使用無水乙醇清洗沉淀物3-4次，烘干，然后與甲醇混合后，在室溫下以100-200rpm的攪拌速度攪拌20-30min，得到改性碳化硅晶須懸浮液；

25、所述制備改性碳化硅晶須懸浮液中，β型碳化硅晶須、γ-（2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、無水乙醇、甲醇的質(zhì)量體積比為100-110g:50-60ml:900-1100ml:8700-9000ml；

26、所述β型碳化硅晶須的長度為20μm，直徑為1μm；

27、所述復(fù)合，在氬氣氣氛中，將二次處理后的碳化硅纖維氈完全浸漬于改性碳化硅晶須懸浮液，在55-60℃下靜置5-5.5h；再加入高壓反應(yīng)釜中，使用二氧化碳進(jìn)行超臨界干燥；最后加入管式爐中進(jìn)行高溫處理，得到復(fù)合隔熱材料；

28、所述復(fù)合中，二次處理后的碳化硅纖維氈與改性碳化硅晶須懸浮液的質(zhì)量體積比為300g:3000-3200ml；

29、所述超臨界干燥時的高壓反應(yīng)釜的溫度為45-50℃，壓力為10-12mpa，超臨界干燥的時間為2.5-3h；

30、所述高溫處理，在氬氣氣氛中，以4-5℃/min的升溫速度升溫至800-850℃，靜置2-2.5h。

31、一種由前述的制備方法制備得到的復(fù)合隔熱材料。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

33、（1）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，包括制備一次氣凝膠溶液、一次處理、制備二次氣凝膠溶液、二次處理、制備改性碳化硅晶須懸浮液、復(fù)合。制備一次氣凝膠溶液步驟包括制備包覆石墨步驟和混合步驟，制備包覆石墨步驟為使用大粒徑硅溶膠對石墨粉進(jìn)行包覆，得到包覆石墨，即硅溶膠包覆后的石墨粉，混合步驟為將硅溶膠包覆后的石墨粉與大粒徑硅溶膠混合，得到一次氣凝膠溶液；一次處理為使用一次氣凝膠溶液對碳化硅纖維氈進(jìn)行浸漬處理，然后烘干后，在氬氣氣氛中進(jìn)行高溫處理，高溫處理中石墨與二氧化硅反應(yīng)，在碳化硅纖維氈表面包覆一層碳化硅納米線，得到一次處理后的碳化硅纖維氈；制備二次氣凝膠溶液為使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷對硅溶膠進(jìn)行處理，得到表面帶有氨丙基的二次氣凝膠溶液；二次處理為使用帶有氨丙基的二次氣凝膠溶液對一次處理后的碳化硅纖維氈進(jìn)行浸漬后，再進(jìn)行熱處理、老化，得到二次處理后的碳化硅纖維氈；制備改性碳化硅晶須懸浮液為使用γ-（2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷對β型碳化硅晶須進(jìn)行處理，得到表面帶有環(huán)氧基的β型碳化硅晶須，然后與甲醇混合，得到表面帶有環(huán)氧基的β型碳化硅晶須的懸浮液，即改性碳化硅晶須懸浮液；復(fù)合為在氬氣氣氛中，使用改性碳化硅晶須懸浮液對二次處理后的碳化硅纖維氈進(jìn)行浸漬后，進(jìn)行超臨界干燥，然后在氬氣氣氛中進(jìn)行高溫處理，得到表面為碳化硅納米線和碳化硅晶須的交聯(lián)物，中間層為碳化硅納米線與二氧化硅氣凝膠的復(fù)合物，內(nèi)層為碳化硅纖維氈的復(fù)合隔熱材料；表面的碳化硅納米線和碳化硅晶須的交聯(lián)物能夠提高復(fù)合隔熱材料的疏水性、韌性、耐久性、抗熱震性、耐高溫性，在進(jìn)行硅溶膠浸漬前在碳化硅纖維氈表面包覆一層碳化硅納米線的目的在于固定硅溶膠和提高硅溶膠的分散性，從而能夠提高復(fù)合隔熱材料的隔熱性，保證復(fù)合隔熱材料的性能均勻；

34、（2）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料的隔熱性好，從本發(fā)明制備的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料中取5個樣品，平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.027-0.029w/(m·k)；

35、（3）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料的疏水性好，從本發(fā)明制備的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料中取5個樣品，平均水接觸角為130.2-132.3°；

36、（4）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料的性能均勻，從本發(fā)明制備的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料中取5個樣品，最大導(dǎo)熱系數(shù)與最小導(dǎo)熱系數(shù)之間的差值為0.02-0.03w/(m·k)，最大水接觸角與最小水接觸角之間的差值為1.2-1.6°；

37、（5）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料的韌性好，彎折30°后彎折處不存在裂紋；

38、（6）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料的耐久性好，將本發(fā)明制備的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料在800℃下靜置10d后，不存在顆粒脫落問題；

39、（7）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料的抗熱震性好，將本發(fā)明制備的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料升溫至1200℃，升溫時間為4h，在1200℃下保溫10min，然后通過冷空氣冷卻到20℃，以此作為一次循環(huán)，共循環(huán)20次，表面不存在裂紋；

40、（8）本發(fā)明的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料的制備方法，制備的復(fù)合隔熱材料的耐高溫性好，從本發(fā)明制備的陶瓷纖維與氣凝膠的復(fù)合隔熱材料中取5個樣品，在1000℃下的平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.036-0.038w/(m·k)。