复合纳米孔绝热材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及隔热保溫材料技术领域，具体设及一种复合纳米孔绝热材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 绝热保溫材料在建筑围护结构、工业高溫鲁炉和传统的工业低溫热工设备、交通 工具、家用电器设施等领域已得到广泛的应用。目前，常用的绝热保溫材料如人造矿棉、玻 璃纤维、耐火陶瓷纤维、娃酸巧和赔石等均为固体材料，通常采用提高气相孔隙率的方法来 降低其导热系数和传导系数，然而由于其体积密度较高，气孔通常贯通或开口，气孔尺寸较 大（I-IOOym)且分布不均匀，导致其无法阻止气体热传导，同时也无法阻挡热福射。
[0003] 随着科学技术的日益进步，纳米孔绝热材料也逐步得到应用，与传统绝热材料相 比，纳米孔绝热材料的热导率比静止空气更低，且随着溫度的升高，特别在高溫区，其热导 率的递升远远低于传统绝热材料。
[0004] 迄今为止，国内外研究和报道最多的纳米孔绝热材料是Si化气凝胶纳米孔绝热材 料，由于其具有纤细的=维网络结构，是一种良好的纳米孔载体，但由于Si〇2气凝胶的制备 需要在高溫高压下采用超临界干燥工艺，且该工艺复杂、能耗高，同时产量低、综合成本高， 最终导致Si〇2气凝胶纳米孔绝热材料的价格是传统绝热材料的几十倍，甚至上百倍，进而 导致其规模化生产和实际应用受限；另外，Si化气凝胶的低密度、高孔隙率的特点导致力学 性能急剧下降，气凝胶强度低、脆性大，虽然Woignier等学者认为通过提高气凝胶密度、高 溫热处理W及增强颗粒骨架结构等方法可改善气凝胶的强度，但仍难W满足实际应用的要 求；再者，Si〇2气凝胶在高溫下对波长为3-8 y m的近红外热福射具有较强的透过性，高溫 阶段遮挡红外福射能力差，致使Si〇2气凝胶热导率随溫度的升高显著上升。 阳〇化]因此，合理设计纳米孔绝热材料的成分及结构，开发一种简单可控的生产工艺，通 过严格控制各工艺参数，研究开发一种具有良好力学性能和绝热性能的复合纳米孔绝热材 料具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是要克服上述【背景技术】存在的缺陷，提供一种体积密度小、气孔 分布均匀、力学性能好和导热系数低的复合纳米孔绝热材料及其制备方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合纳米孔绝热材料，由如下重 量百分比原料制备而成：娃灰55-75wt%、红外遮蔽剂10-30wt%、玻璃纤维10-25wt%和结 合剂 5-IOwt %。
[0008] 进一步地，所述复合纳米孔绝热材料由如下重量百分比原料制备而成：娃灰 60-70wt%、红外遮蔽剂10-25wt%、玻璃纤维10-20wt%和结合剂5-8wt%。
[0009] 进一步地，所述复合纳米孔绝热材料由如下重量百分比原料制备而成：娃灰 65wt%、红外遮蔽剂16wt%、玻璃纤维14wt%和结合剂5wt%。
[0010] 进一步地，所述娃灰中Si02含量> 95wt%，且娃灰粒径为0. 1-0. 3 ym。
[0011] 进一步地，所述红外遮蔽剂为金红石型Ti〇2纳米粉、ZrSi〇4细粉和SiC细粉中的一 种或几种W任意比例组成的混合物，且Ti〇2纳米粉的粒径为80-120皿，ZrSiO 4细粉和SiC 细粉的粒径《80 Ji m。
[0012] 进一步地，所述玻璃纤维为经过硫酸或盐酸或氨氣酸处理所形成的分散状玻璃纤 维，且长度为3-12mm。
[0013] 进一步地，所述结合剂为糊精、木质素、纤维素、六偏憐酸钢中的一种或几种W任 意比例组成的混合物。
[0014] 进一步地，本发明的复合纳米孔绝热材料通过原料组分种类和含量的科学设计， 在合理控制制备工艺的基础上实现了具有优良综合性能的复合纳米孔绝热材料，其体积 密度为0. 4-0. 7g/cm3,平均孔径为50-70皿；导热系数在300°c、50(rc和900°C时分别为 0. 035-0. 06W/m ? K、0. 05-0. 08W/m ? K 和 0. 07-0. 09W/m ? K ;抗折强度和耐压强度分别为 1. 20-1. 85M化和 1. 25-1. 95MPa。
[0015] 上述复合纳米孔绝热材料的制备方法，包括如下步骤：配料、混合、压制和烧结，所 述压制步骤中，成型压力为1. 8-2. 6MPa;所述烧结步骤中，烧结溫度为200-600°C。
[0016] 进一步地，所述混合步骤中，混合时间为2-化；所述烧结步骤中，升溫速率为 1-5°C /min,炉溫到达峰值后的保溫时间为2-地。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有W下优点： 阳01引 1、本发明WSi〇2含量>95wt%的娃灰为主要原料，由于娃灰本身含有大量的微纳 米气孔，制备复合纳米孔绝热材料时可原位形成均匀的孔隙，同时，原料中的结合剂在后续 烧结过程中也可形成大量微纳米孔，最终产品的气孔分布均匀，绝热性能好。
[0019] 2、本发明中的红外遮蔽剂能通过散射作用有效阻隔热福射传热，最终导致产品绝 热性能良好；玻璃纤维作为增强体，可有效提高其耐压强度和抗折强度，最终达到具有良好 力学性能的目的。
[0020] 3、本发明的制备复合纳米孔绝热材料的方法工艺简单可控，生产设备所需能耗 小，易于规模化生产，产量高，综合成本低，具有较强的市场竞争力，具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0022] 本发明实施例1-22的复合纳米孔绝热材料的原料及其质量百分配比如表1所示。
[0023] 本发明实施例1-22的复合纳米孔绝热材料的制备方法，包括如下步骤：配料、混 合、压制和烧结。
[0024] 本发明实施例1-22的复合纳米孔绝热材料的原料特性及具体生产工艺参数如表 2所示。 阳0巧]
[0027] 本发明实施例1-22的复合纳米孔绝热材料的物理性能参数如表3所示。
[0028] 表3木发明各实施例的复合纳米孔绝热材料的物理性能
[0029]
[0030] 由表3可见，本发明实施例1-22所制备的纳米孔超级绝热材料的体积密度 为0. 4-0. 7g/cm3,平均孔径为50-70nm，导热系数在300 °C、500 °C和900 °C时分别为 0. 035-0. 06W/m ? K、0. 05-0. 08W/m ? K 和 0. 07-0. 09W/m ? K，抗折强度和耐压强度分别为 1. 20~1. 85M化和1. 25~1. 95MPa。
[0031] 综上，本发明的【具体实施方式】所制备的复合纳米孔绝热材料具有体积密度小、气 孔分布均匀、力学性能好和导热系数低的特点；且其制备方法简单，工艺可控，生产能耗低， 产量高，综合成本低，易于批量生产。
[0032] 上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
[0033] 其它未经详细说明的部分均为现有技术。
【主权项】
1. 一种复合纳米孔绝热材料，其特征在于：由如下重量百分比原料制备而成：娃灰 55-75wt%、红外遮蔽剂10-30wt%、玻璃纤维10-25wt%和结合剂5-10wt%。2. 根据权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料，其特征在于：由如下重量百分比原料 制备而成：硅灰60-70wt%、红外遮蔽剂10-25wt%、玻璃纤维10-20wt%和结合剂5-8wt%。3. 根据权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料，其特征在于：由如下重量百分比原料 制备而成：娃灰65wt%、红外遮蔽剂16wt%、玻璃纤维14wt%和结合剂5wt%。4. 根据权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料，其特征在于：所述娃灰中Si02含量 多95wt%，且娃灰粒径为0· 1-0. 3μm。5. 根据权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料，其特征在于：所述红外遮蔽剂为金红 石型1102纳米粉、ZrSi04细粉和SiC细粉中的一种或几种以任意比例组成的混合物，且Ti02 纳米粉的粒径为80-120nm，ZrSi04细粉和SiC细粉的粒径< 80μm。6. 根据权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料，其特征在于：所述玻璃纤维为经过硫 酸或盐酸或氢氟酸处理所形成的分散状玻璃纤维，且长度为3-12mm。7. 根据权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料，其特征在于：所述结合剂为糊精、木质 素、纤维素、六偏磷酸钠中的一种或几种以任意比例组成的混合物。8. 根据权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料，其特征在于：所述绝热材料的体积 密度为〇. 4-0. 7g/cm3,平均孔径为50-70nm;所述绝热材料的导热系数在300°C、500°C和 900°C时分别为 0· 035-0. 06W/m·Κ、0· 05-0. 08W/m·K和 0· 07-0. 09W/m·K;所述绝热材料 的抗折强度和耐压强度分别为1. 20-1. 85MPa和1. 25-1. 95MPa。9. 一种权利要求1所述的复合纳米孔绝热材料的制备方法，包括如下步骤：配料、混 合、压制和烧结，其特征在于：所述压制步骤中，成型压力为1. 8-2. 6MPa;所述烧结步骤中， 烧结温度为200-600 °C。10. 根据权利要求9所述的复合纳米孔绝热材料的制备方法，其特征在于：所述混合步 骤中，混合时间为2-6h;所述烧结步骤中，升温速率为1-5°C/min，炉温到达峰值后的保温 时间为2-4h。
【专利摘要】本发明公开了一种复合纳米孔绝热材料及其制备方法，其主要原料包括硅灰、红外遮蔽剂、玻璃纤维和结合剂，其制备步骤包括配料、混合、压制和烧结。本发明原料来源广泛，成本低廉，工艺简单可控，生产能耗低，产量大，产品气孔分布均匀，绝热性能好，且力学性能良好，能满足实际应用的需要，具有较强的市场竞争力，应用前景广泛。
【IPC分类】C04B38/06, C04B38/08, C04B35/14, C04B35/82
【公开号】CN105294159
【申请号】CN201510869474
【发明人】王俊杰, 郑吉红, 黄建坤, 王艳龙
【申请人】武汉钢铁(集团)公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年12月1日