專利名稱：一種復合絕熱材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于無機非金屬材料技術領域，具體涉及一種復合絕熱材料及其制備方法。
背景技術：
現有技術中用于絕熱保溫的材料一般是巖棉、玻璃纖維，或是用粉煤灰等制成的保溫材料，這些材料在使用中極易粉化，且保溫材料的機械強度較低，使用壽命短；此外，還有采用硅酸鎂、硅酸鋁纖維或稀土礦物纖維為主料制成的保溫材料，制作這類保溫材料的各組分的配方不合理，制備工藝復雜。例如，專利號為ZL91111471.8
公開日為1992年8月 12日發明專利說明書公開了一種復合硅酸鹽保溫隔熱型材及其生產方法，該法將制成的硅酸鹽糊狀材料裝模后，需要先低溫脫水8小時，再中溫定型8小時、再高溫烘干8小時，生產時間都在M小時以上。此外，無論使用煤或燃氣產生的熱風來烘干，烘干方式都是由漿料外部向內部慢慢傳遞熱量，在烘干產品的同時，大量的熱能都隨著排風浪費掉了，這種烘干方式生產效率低、能耗高、污染環境。此外，現有的保溫材料還存在導熱系數較高、密閉不好、不耐酸堿、施工難度大等不足。像巖棉、高溫玻璃棉等材料均為開放型結構，無法有效阻止空氣的熱對流，保溫節能效果差，施工時刺激皮膚、并易造成矽肺，對人體傷害很大。近年來，人們對氣凝膠復合絕熱材料的研究越來越多。氣凝膠是一種納米孔絕熱材料。根據分子運動及碰撞理論，氣體的熱量傳遞主要是通過高溫側的較高速度的分子與低溫側的較低速度的分子相互碰撞來進行的，由于空氣中主要成分氮氣和氧氣的自由程均在70nm左右，當納米孔硅質材料中SiO2微粒構成的微孔尺寸(絕大部分氣孔尺寸小于50nm 時)小于這一臨界尺寸時，材料內部就消除了氣體對流，從本質上切斷了氣體分子的熱傳導，因而能夠獲得比“無對流空氣”更低的導熱系數，稱之為超級絕熱材料。申請號為200810138341. χ
公開日為2010年1月20日的發明專利申請文件中公開了一種氣凝膠絕熱復合材料及其制法，該法以正硅酸乙酯為硅源配制硅溶膠，向硅溶膠中加入多孔SiO2粉末、二氧化鈦、硅酸鋁纖維和填料，采用澆注工藝成型，并采用常壓干燥工藝，得到的氣凝膠絕熱復合材料的導熱系數在0. 04ff/m ·Κ以上(常溫)，材料的絕熱性能仍然不很理想，且干燥時間較長。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種導熱系數低、柔韌性好、不易粉化且生產效率高、能耗低的的復合絕熱材料。本發明的另一目的是提供該復合絕熱材料的制備方法。為達到以上目的，本發明采用的技術方案是一種復合絕熱材料，該復合絕熱材料由含有以下重量百分比的原料制備而成海泡石0. 4 % -10 %，水鎂石0 % -5 %，硅酸鋁纖維0 % -15 %，石棉纖維5%-10%,氣凝膠0. 5 % -8 %，硅藻土 0 % -12 %，膨潤土 0 % -3 %，珍珠巖1 % -5 %，分散劑 0.5% -5%，聚乙烯醇0. 1% _1%，水玻璃0% _1%，十六烷基磺酸鈉0% -0.015%，以及余
量清水。 進一步，所述復合絕熱材料由含有以下重量百分比的原料制備而成
海泡石2 % -5 %，水鎂石1 % -2 %，硅酸鋁纖維5 % -10 %，石棉纖維6 % _8 %，氣凝膠2% -5%，硅藻土 5% -10%，膨潤土 -2%，珍珠巖2% -4%，分散劑_3%，聚乙烯醇0.3% -0. 7%，水玻璃0% _0.5%，十六烷基磺酸鈉0% -0.01%，以及余量清水。進一步，所述氣凝膠為SiA氣凝膠或Al2O3-SW2氣凝膠。更進一步，所述氣凝膠為SiA氣凝膠。再進一步，所述氣凝膠為納米孔氣凝膠，并且所述氣凝膠的平均粒徑為5-lOnm， 80% (體積)孔徑小于25nm。其中，平均粒徑優選為7. 6nm。進一步，所述分散劑為琥珀酸二乙辛酯磺酸鈉、三聚磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚乙二醇雙硬脂酸酯、聚乙二醇單月桂酸酯、聚乙二醇雙月桂酸酯、聚乙二醇單油酸酯或聚乙二醇雙油酸酯。其中，所述分散劑優選為琥珀酸二乙辛酯磺酸鈉。本發明提供的上述復合絕熱材料的制備方法包括如下步驟(1)先將分散劑溶于清水中，再將石棉纖維和/或硅酸鋁纖維溶于其中，浸泡5-15 分鐘；(2)將步驟(1)所得混合物和其他原料一起加入到攪拌容器中，攪拌，并控制轉速在60-120轉/分鐘之間，3-5分鐘后停止攪拌；(3)使步驟⑵所得混合物靜置反應10分鐘，得到粗漿料；(4)攪拌粗漿料，并控制轉速在100-300轉/分鐘之間，25-35分鐘后停止攪拌(漿料細膩、氣泡細小均勻即可)，得到粘稠狀的細漿料；(5)將步驟中得到的細漿料裝入由耐高溫有機板制成的的模具中，送入微波烘干爐內，控制溫度，依次經過脫水、定型、烘干，最后，脫模、修邊，完成制備。進一步，所述脫水、定型的溫度控制在25-95°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為 3-5小時，優選為4小時；所述烘干的溫度控制在90-160°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為50-70分鐘，優選為60分鐘。制備本發明復合絕熱材料的各原料的具體作用如下水鎂石、海泡石、硅酸鋁纖維或石棉纖維均為無機增強纖維，通過分散、攪拌后，各纖維之間通過絞接的作用會產生較強的拉力和柔韌性，此外，海泡石還能起到使漿料細膩的作用，硅酸鋁纖維能夠提高材料的耐熱性，水鎂石和石棉纖維能夠提高材料的抗拉強度；納米孔氣凝膠作為填料起到很好的阻隔傳熱的作用，從而降低材料的導熱系數；珍珠巖為骨料，起到骨架和支撐的作用，本發明優選使用閉口珍珠巖，其內孔隙封閉而內部基本為空心結構，進一步降低了材料的導熱系數；分散劑用于松解纖維，能夠使纖維均勻分散；水玻璃是一種高溫的無機粘接劑，聚乙烯醇是一種高粘度的有機粘結劑，十六烷基磺酸鈉是一種表面活性劑，具有潤濕，發泡，乳化， 分散等作用，在本發明中主要起到發泡作用。采用本發明所述的方法制備的復合絕熱材料具有以下優點1、常溫下，本發明提供的復合絕熱材料的絕熱系數更低。由于本發明配方中各組分的導熱系數較低，尤其是，作為填料的納米孔氣凝膠是一種超級絕熱材料，因其特殊的結構，有效地阻擋了水汽進入；并且，本發明采用了特殊的配比和制備工藝，因而獲得了導熱系數更低的復合絕熱材料。2、本發明采用無機增強纖維為原料，在化學助劑(粘結劑和表面活性劑等)的聯合作用下，纖維間相互交鏈，而微細纖維之間靠彼此吸附和摩擦力，形成了有一定抗拉強度的封閉微孔的網狀纖維結構，從而使材料具有了良好的柔韌性和可塑性，抗拉強度高，不易粉化。3、本發明制備工藝簡單，并在成型過程中采用了微波干燥這種自內而外的干燥方法，因而，生產效率高，能耗低；并且在干燥過程中，通過均勻升溫并適當地控制時間，有利于提高材料的絕熱性能。4、制備本發明復合絕熱材料的原料均無毒、無味，在使用過程中不會產生對人體有害的物質。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的描述。以下實施例中所用試劑和設備均可以自市場購得。實施例1原料稱取氣凝膠(平均粒徑5nm，80% (體積)孔徑小于25歷，山西天一納米材料有限公司)85kg,硅藻土 Mkg，硅酸鋁纖維120kg，海泡石1 IOkg,水鎂石50kg，石棉纖維80kg，珍珠巖50kg，琥珀酸二乙辛酯磺酸鈉10kg，聚乙烯醇^cg，清水800kg。制備方法先將IOkg的琥珀酸二乙辛酯磺酸鈉加入到800kg的清水中稀釋，再把 120kg的硅酸鋁纖維和80kg的石棉纖維放入其中浸泡10分鐘；然后，將所得混合物與其它原料一起一次加入六角形的攪拌容器內略作攪拌(控制轉速在120轉/分鐘，以防轉速過高切碎纖維)，3-5分鐘后停止攪拌；靜置反應10分鐘，得到粗漿料；再次開始攪拌，控制轉速300轉/分鐘，25分鐘后停止攪拌，使漿料細膩、氣泡細小均勻即可；將所述漿料裝入由耐高溫有機板制成的模具中，送入微波烘干爐(上海博奧微波能設備有限公司，下同)內進行脫水、定型和烘干，在脫水、定型階段，溫度控制在85-95°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為3小時；在烘干階段，溫度控制在150-160°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為50分鐘；最后，脫模、修邊，得到本產品。實施例2原料稱取氣凝膠(平均粒徑7. 6nm, 80% (體積)孔徑小于25nm，山西天一納米材料有限公司)50kg,硅藻土 30kg，膨潤土 ^g，硅酸鋁纖維180kg，海泡石70kg，水鎂石 25kg，石棉纖維100kg，珍珠巖30kg，三聚磷酸鈉30kg，聚乙烯醇4kg，清水900kg。制備方法先將30kg的三聚磷酸鈉加入到900kg的清水中稀釋，再把180kg的硅酸鋁纖維和IOOkg的石棉纖維放入其中浸泡10分鐘；將所得混合物與其它用料一起一次加入六角形的攪拌容器內略作攪拌(控制轉速在100轉/分鐘，以防轉速過高切碎纖維)，3-5 分鐘后停止攪拌，待靜置反應10分鐘后再次開始攪拌，控制轉速在200轉/分鐘，30分鐘后停止攪拌，使漿料細膩、氣泡細小均勻即可；將所述漿料裝入由耐高溫有機板制成的模具中，送入微波烘干爐內進行脫水、定型和烘干，在脫水、定型階段，溫度控制在70-80°C之間， 且升溫過程均勻穩定，時間為4小時；在烘干階段，溫度控制在120-130°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為1小時；最后，脫模、修邊，得到本產品。實施例3原料稱取氣凝膠(平均粒徑lOnm，80% (體積)孔徑小于25歷，山西天一納米材料有限公司)15kg，硅藻土 140kg，膨潤土 30kg，硅酸鋁纖維140kg，海泡石20kg，石棉纖維95kg，珍珠巖40kg，十二烷基硫酸鈉20kg，水玻璃^g，聚乙烯醇^g，十六烷基磺酸鈉 0. 2kg，清水 800kg。制備方法先將20kg的十二烷基硫酸鈉加入到800kg的清水中稀釋，再把140kg 的硅酸鋁纖維和95kg的石棉纖維放入其中浸泡10分鐘；將所得混合物與其它用料一起一次加入六角形的攪拌容器內略作攪拌(控制轉速在80轉/分鐘，以防轉速過高切碎纖維)， 3-5分鐘后停止攪拌，待靜置反應10分鐘后再次開始攪拌，控制轉速在100轉/分鐘，35分鐘后停止攪拌，使漿料細膩、氣泡細小均勻即可；將所述漿料裝入由耐高溫有機板制成的模具中，送入微波烘干爐內進行脫水、定型和烘干，在脫水、定型階段，溫度控制在50-60°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為4小時；在烘干階段，溫度控制在100-110°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為1小時；最后，脫模、修邊，得到本產品。實施例4 原料稱取=Al2O3-SW2氣凝膠(平均粒徑10nm，80 % (體積)孔徑小于25nm) 10kg, 膨潤土 10kg，硅酸鋁纖維13^g，海泡石^g，石棉纖維90kg，珍珠巖40kg，聚乙二醇單硬脂酸酯30kg，水玻璃3kg，聚乙烯醇1kg，十六烷基磺酸鈉0. 1kg，清水850kg。制備方法先將30kg的聚乙二醇單硬脂酸酯加入到850kg的清水中稀釋，再把 130kg的硅酸鋁纖維和90kg的石棉纖維放入其中浸泡10分鐘；將所得混合物與其它用料一次加入六角形的攪拌容器內略作攪拌(控制轉速在60轉/分鐘，以防轉速過高切碎纖維)，3-5分鐘后停止攪拌，待靜置反應10分鐘后再次開始攪拌，控制轉速在300轉/分鐘內，25分鐘后停止攪拌，使漿料細膩、氣泡細小均勻即可；將所述漿料裝入由耐高溫有機板制成的模具中，送入微波烘干爐內進行脫水、定型和烘干，在脫水、定型階段，溫度控制在 25-35°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為5小時；在烘干階段，溫度控制在90-100°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為70分鐘；最后，脫模、修邊，得到本產品。對比例按照實施例1的方法制備絕熱復合材料，不同的是，原料中不含S^2氣凝膠。分別對實施例2-5和對比例得到的復合絕熱材料進行理化性能檢測，結果如下表 1所示。表 權利要求
1.一種復合絕熱材料，該復合絕熱材料由含有以下重量百分比的原料制備而成 海泡石0.4% _10%，水鎂石0% _5%，硅酸鋁纖維0% -15%，石棉纖維5% -10%，氣凝膠 0. 5% -8%，硅藻土 0% -12%，膨潤土 0% -3%，珍珠巖 -5%，分散劑 0. 5% -5%, 聚乙烯醇0. 1% _1%，水玻璃0% _1%，十六烷基磺酸鈉0% -0.015%，以及余量清水。
2.根據權利要求1所述的復合絕熱材料，其特征在于，所述復合絕熱材料由含有以下重量百分比的原料制備而成海泡石2 % -5 %，水鎂石1 % -2 %，硅酸鋁纖維5 % -10 %，石棉纖維6 % -8 %，氣凝膠 2% -5%，硅藻土 5% -10%，膨潤土 -2%，珍珠巖2% -4%，分散劑-3%，聚乙烯醇 0.3% -0. 7%，水玻璃0% _0.5%，十六烷基磺酸鈉0% -0.01%，以及余量清水。
3.根據權利要求1或2所述的復合絕熱材料，其特征在于，所述氣凝膠為S^2氣凝膠或Al2O3-SiA氣凝膠。
4.根據權利要求3所述的復合絕熱材料，其特征在于，所述氣凝膠為S^2氣凝膠。
5.根據權利要求4所述的復合絕熱材料，其特征在于，所述氣凝膠為納米孔氣凝膠，并且所述氣凝膠的平均粒徑為5-10nm，80% (體積)孔徑小于25nm。
6.根據權利要求1所述的復合絕熱材料，其特征在于，所述分散劑為琥珀酸二乙辛酯磺酸鈉、三聚磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚乙二醇雙硬脂酸酯、聚乙二醇單月桂酸酯、聚乙二醇雙月桂酸酯、聚乙二醇單油酸酯或聚乙二醇雙油酸酯。
7.權利要求1所述復合絕熱材料的制備方法，包括如下步驟(1)先將分散劑溶于清水中，再將石棉纖維和/或硅酸鋁纖維溶于其中，浸泡5-15分鐘；(2)將步驟(1)所得混合物和其他原料一起加入到攪拌容器中，攪拌，并控制轉速在 60-120轉/分鐘之間，3-5分鐘后停止攪拌；(3)使步驟( 所得混合物靜置反應10分鐘，得到粗漿料；(4)攪拌粗漿料，并控制轉速在100-300轉/分鐘之間，25-35分鐘后停止攪拌，得到粘稠狀的細漿料；(5)將步驟中得到的細漿料裝入由耐高溫有機板制成的的模具中，送入微波烘干爐內，控制溫度，依次經過脫水、定型、烘干，最后，脫模、修邊，完成制備。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述脫水、定型的溫度控制在 25-95°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為3-5小時；所述烘干的溫度控制在90-160°C之間，且升溫過程均勻穩定，時間為50-70分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種復合絕熱材料，該復合絕熱材料由含有以下重量百分比的原料制備而成海泡石0.4％-10％，水鎂石0％-5％，硅酸鋁纖維0％-15％，石棉纖維5％-10％，氣凝膠0.5％-8％，硅藻土0％-12％，膨潤土0％-3％，珍珠巖1％-5％，分散劑0.5％-5％，聚乙烯醇0.1％-1％，水玻璃0％-1％，十六烷基磺酸鈉0％-0.015％，以及余量清水。本發明還公開了這種復合絕熱材料的制備方法。本發明提供的復合絕熱材料的絕熱系數更低，柔韌性好，抗拉強度高，不易粉化。此外，本發明制備工藝簡單，生產效率高，能耗低。
文檔編號C04B14/38GK102351561SQ20111017091
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月23日 優先權日2011年6月23日
發明者張永武 申請人:張永武