一種絕熱二氧化硅氣凝膠/羥基化玻璃纖維氈復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種絕熱二氧化娃氣凝膠/徑基化玻璃纖維拉復(fù)合材料及其制備方 法，屬于氣凝膠復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 二氧化娃氣凝膠是一種高比表面積、低密度且具有=維納米孔結(jié)構(gòu)的超輕多孔材 料，有獨(dú)特的光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)優(yōu)良性能，在航空、航天、冶金、石油化工W及節(jié)能建材 領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者及企業(yè)對(duì)氣凝膠的制備及應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，采用有機(jī)娃 作為娃源，利用溶融一凝膠工藝，經(jīng)過(guò)干燥處理后，即可形成二氧化娃氣凝膠。但是，因?yàn)槊?度極低（約為空氣密度的1/6~1/3)，比表面積極高，孔隙率高達(dá)99%，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度特 低、大塊狀氣凝膠成型困難，極大地限制了該材料的應(yīng)用，因此，必須對(duì)二氧化娃氣凝膠進(jìn) 行增強(qiáng)增初的改進(jìn)W便滿足各種形式的隔熱需要，并實(shí)現(xiàn)氣凝膠產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
[0004] 常用的干燥工藝多為臨界、或超臨界干燥，此工藝伴隨著高溫高壓環(huán)境，在反應(yīng)蓋 中長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行干燥處理，在此苛刻條件下進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，具有一定的危險(xiǎn)性，因而致力于 常壓干燥氣凝膠工藝，將有利于氣凝膠的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 氣凝膠因自身的特殊結(jié)構(gòu)，決定了強(qiáng)度極低，從而難于進(jìn)行大塊狀、板狀等各型材 的生產(chǎn)，根據(jù)某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域的要求，需對(duì)氣凝膠進(jìn)行復(fù)合化處理，要求在既保證氣凝膠 性能的同時(shí)，提高材料整體的機(jī)械強(qiáng)度，和復(fù)合材料的加工性能。
[0006] 中國(guó)專利CN1592651A提供了一種氣凝膠絕熱復(fù)合材料的制備方法，該工藝制備 的氣凝膠復(fù)合材料性能較好，相對(duì)成本較高，主要采用超臨界干燥工藝，在工業(yè)化生產(chǎn)中具 有一定的危險(xiǎn)性，不利于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0007] 中國(guó)專利CN103342537A提供了 一種耐高溫氧化侶氣凝膠材料的制備方法，此工 藝制備的氣凝膠強(qiáng)度高，塊狀大，表現(xiàn)出了較大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景，但是因?yàn)樾枰R界設(shè) 備，同時(shí)需要經(jīng)過(guò)高溫高壓處理，因而，對(duì)于商業(yè)化生產(chǎn)還有一定的局限性。
[0008] 中國(guó)專利CN102351506A提供了一種塊狀耐高溫娃-炭復(fù)合氣凝膠材料的制備方 法，該氣凝膠耐高溫性能差和強(qiáng)度不易成型的缺點(diǎn)，制備的氣凝膠可W在l〇〇〇°CW上高溫 長(zhǎng)時(shí)間使用，具有低密度、大比表面積、大孔容、高強(qiáng)度、耐高溫特性。該材料的最大優(yōu)點(diǎn)是 耐1000°C的高溫，但其材料的柔初性和使用壽命有限。不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0009] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種絕熱二氧化娃氣凝膠/玻璃纖維 拉復(fù)合材料及其制備方法，其特點(diǎn)是W二氧化娃氣凝膠為基體，強(qiáng)度高達(dá)132KPa，密度在 200~250mg/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)（25°C)不大于0. 025W/m'K，燃燒性能等級(jí)高，與徑基化玻璃纖 維拉為增強(qiáng)體（質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比5%~60% )，制備二氧化娃氣凝膠/玻璃纖維拉復(fù)合材料， 該復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、低密度、高柔初性及低導(dǎo)熱率的優(yōu)良綜合性能。
[0010] 本發(fā)明的目的由W下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)，除特殊說(shuō)明外均為重量 份數(shù)。
[0011] 絕熱二氧化娃氣凝膠/徑基化玻璃纖維拉復(fù)合材料的起始原料由W下組分制成：
[0012] 二氧化娃氣凝膠為基體， 50~80份
[0013] 徑基化玻璃纖維拉作為增強(qiáng)體70~120份。
[0014] 絕熱二氧化娃氣凝膠復(fù)合材料的制備方法包括W下步驟：
[0015] 1)將去離子水、無(wú)水乙醇、六甲基二硅氧烷按重量計(jì)為：18~36 : 230~460 : 0. 8~2. 4,在溫度30~78°C，加入摩爾濃度為0. 5~Imol/L的水解催化劑0. 1~0. 3份 后，滴加正娃酸乙醋208份，反應(yīng)0. 5~化，制得具有MQ結(jié)構(gòu)的娃溶膠體系，溶膠體系中M 基團(tuán)為（CH3)3Si〇i/2,Q基團(tuán)為Si〇4/2,M與Q結(jié)構(gòu)的摩爾比1 : 30~100,并經(jīng)過(guò)充分?jǐn)埌?2~lOh，制得具有MQ結(jié)構(gòu)的娃溶膠體系；
[0016] 2)對(duì)玻璃纖維拉進(jìn)行徑基化處理，將玻璃纖維拉在濃度為30% -40%的丙酬溶 液中浸泡30min后，用去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈?，W除去表面吸附的雜質(zhì)。將清潔過(guò)的玻璃 纖維拉置于98%濃硫酸與30%雙氧水的混合溶液，體積比為3 : 1中，于溫度105°C反應(yīng) 30min，冷后取出，去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈?，制得徑基化玻璃纖維拉；
[0017] 3)在步驟1)得到的娃溶膠體系中，加入摩爾濃度為0.5~Imol/L凝膠催化劑 20~60份，將步驟2)得到的徑基化玻璃纖維拉浸沒(méi)到所得娃溶膠體系中，在溫度20~ 80°C凝膠化，然后陳化處理12~2地，即制得玻璃纖維拉一二氧化娃濕凝膠復(fù)合材料；
[0018] 4)將步驟3)中的玻璃纖維拉與二氧化娃濕凝膠復(fù)合材料用正己燒500份，在溫度 20~40°C浸泡處理2~1化后棄去浸泡液，反復(fù)處理3次；
[0019] 5)對(duì)步驟4)中浸泡后的玻璃纖維拉與二氧化娃濕凝膠預(yù)制板，在溫度為50~ 120°C，壓力為0.Olpa~5pa，時(shí)間為1~化；進(jìn)行干燥處理，獲得絕熱二氧化娃氣凝膠/徑 基化玻璃纖維拉復(fù)合材料。
[0020] 所述玻璃纖維拉為無(wú)堿玻璃纖維，堆積密度為0. 1~0. 15g/cm3,纖維平均直徑為 1~10ym，長(zhǎng)徑比平均值為10~1000。
[0021] 所述水解催化劑為鹽酸。
[0022] 所述凝膠催化劑為氨水。
[0023] 結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試：
[0024] 1、采用GB/T10294-2008測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)；詳見(jiàn)表1所示。
[00巧]結(jié)果表明：本方法所制備的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)低，達(dá)到業(yè)內(nèi)同類材料領(lǐng)先水平。
[0026] 2、采用GB/T8624-2006測(cè)試燃燒性能；詳見(jiàn)表1所示。
[0027] 結(jié)果表明期達(dá)到國(guó)家A1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[002引本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0029] 采用六甲基二硅氧烷為娃源，并經(jīng)過(guò)正娃酸乙醋，形成具有一定比例的具有MQ結(jié) 構(gòu)（配比1 :30~100)的娃溶膠體系，實(shí)現(xiàn)了氣凝膠體系整體結(jié)構(gòu)的改性，使其具備疏水基 團(tuán)，為基體的疏水性提供了 一定的保證。
[0030] 對(duì)玻璃纖維拉進(jìn)行徑基化預(yù)處理，在復(fù)合材料復(fù)合過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)使娃溶膠中的徑 基和玻璃纖維拉中的徑基發(fā)生縮合脫水反應(yīng)，，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料界面的化學(xué)鍵結(jié)合，，從 而增加了復(fù)合界面的結(jié)合強(qiáng)度，為復(fù)合材料的性能穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。
[0031] 采用負(fù)壓干燥處理工藝，其工藝簡(jiǎn)單、成本低、過(guò)程安全可控，從而獲得產(chǎn)品性能 穩(wěn)定性好、綜合性能優(yōu)良的二氧化娃氣凝膠絕熱復(fù)合材料。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人 員可W根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整。
[0033] 實(shí)施例1
[0034] 絕熱二氧化娃氣凝膠/徑基化玻璃纖維拉復(fù)合材料的起始原料由W下組分制成：
[0035] 二氧化娃氣凝膠為基體， 50份
[0036] 徑基化玻璃纖維拉作為增強(qiáng)體70份。
[0037] 絕熱二氧化娃氣凝膠復(fù)合材料的制備方法包括W下步驟：
[0038] 1)將去離子水、無(wú)水乙醇、六甲基二硅氧烷按質(zhì)量計(jì)為：18 : 230 : 0.8,在溫度 30°C，加入摩爾濃度為0. 5mol/L的水解催化劑鹽酸0. 1份后，滴加正娃酸乙醋208份，反應(yīng) 0. 5h，W控制溶膠體系中M基團(tuán)為（C冊(cè))3Si〇i/2,Q基團(tuán)為Si〇4/2,M與Q結(jié)構(gòu)的摩爾比1 : 30,并經(jīng)過(guò)充分?jǐn)埌杌频镁哂蠱Q結(jié)構(gòu)的娃溶膠體系；
[0039] 2)對(duì)玻璃纖維拉進(jìn)行徑基化處理，將玻璃纖維拉在濃度為30 %-的丙酬溶液中浸 泡30min后，用去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈桑琖除去表面吸附的雜質(zhì)。將清潔過(guò)的玻璃纖維拉 置于98%濃硫酸與30%雙氧水的混合溶液（體積比為3 : 1)中，于溫度105°C反應(yīng)30min， 冷后取出，去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈?，制得徑基化玻璃纖維拉；
[0040] 3)在步驟1)得到的娃溶膠體系中，加入摩爾濃度為0.5mol/L凝膠催化劑氨水20 份，將步驟2)得到的徑基化玻璃纖維拉浸沒(méi)到所得娃溶膠體系