一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)及其制备方法与流程

本发明涉及材料技术领域，具体而言，涉及一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)及其制备方法。

背景技术：

热的传导方式有辐射、对流以及传导三种方式。

传热是指在热量传递过程中，热量从温度较高空间向温度较低空间，传递时增加传导路径长度可以降低热传导；降低空隙尺度可以阻滞热对流。纳米孔隙材料具有传导介质少路径长，内部有丰富的纳米孔隙，具有优越的隔热性能，因此在保温隔热材料中添加纳米孔隙材料，可以有效降低导热系数，受到隔热保温领域极大重视。

由于目前常见的气凝胶保温毡制备方法是采用将预制的纤维毡浸泡于制备气凝胶的溶胶中，使溶胶在相应催化剂作用下在纤维毯内外凝胶，经过干燥后得到含气凝胶的保温毡，但由于气凝胶颗粒是夹在纤维中和挂在毡子表面，与纤维和保温毡没有粘结强度，使用和安装时造成气凝胶脱落，既产生严重的粉尘危害，还会随气凝胶的脱落造成保温隔热性能下降。目前采用的制备气凝胶保温毡的工艺技术中，也有在制备气凝胶的溶胶或凝胶中加入粘结剂的方法，但是由于无法保证凝胶干燥后一定是粘结剂与纤维粘结，也无法保证凝胶干燥后气凝胶在粘结剂外面，还是会出现气凝胶颗粒脱落、气凝胶与粘结剂一起脱落。造成粉尘危害和保温能力下降。

现有的含纳米孔隙隔热材料的保温材料经常出现掉粉尘现象，常见的气凝胶保温毡就存在使用过程中气凝胶颗粒粉尘脱落的严重问题，首先脱落气凝胶粉尘被人吸入会造成对人体巨大伤害，并且由于气凝胶粉尘颗粒不断缺失造成该保温材料隔热保温性能下降，这些弊端极大限制了含纳米孔隙隔热材料的市场推广。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)，其能解决现有的含纳米孔隙隔热材料，特别是气凝胶保温毡出现的气凝胶颗粒粉尘脱落，造成吸入粉尘人员身体被伤害和由于气凝胶颗粒不断流失造成保温材料保温效果下降的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的制备方法，通过该方法能得到上述能解决现有气凝胶保温毡掉粉尘以及保温效果下降问题的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)。

本发明的实施例是这样实现的：

一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)，所述不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)包括纤维基体、粘结层以及由纳米孔隙隔热材料颗粒构成的纳米孔隙隔热层。粘结层覆着于所述纤维基体的纤维表面，所述纳米孔隙隔热层贴合于所述粘结层远离所述纤维基体的表面。

发明人设计了上述不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)，其包括纤维基体、粘结层以及纳米孔隙隔热层。粘结层覆着于纤维基体中纤维的表面，在粘结层远离纤维的表面贴合有纳米孔隙隔热层。根据分子热运动理论，热量的传递主要是通过高温侧较高速度的分子向低温度的较低速度的分子碰撞，逐级传递能量，由于孔隙只有纳米大小的纳米孔隙隔热层贴合于纤维基体中纤维表面的粘结层上，当孔隙的直径小于气体分子的平均自由程时，使得气体分子直接与纳米孔隙隔热层发生碰撞，阻止气体分子能量的传递，当孔隙的直径大于气体分子的平均自由程时，由于孔隙内的填充物为空气，其导热系数为0.025W/(m·K)，因此具有良好的保温效果。且纳米孔隙隔热层通过粘结层设置于纤维基体的表面，使得纳米孔隙隔热层不易从纤维基体表面脱落并使得整个保温材料具有一定的强度。通过避免使纳米孔隙隔热层从纤维表面脱落，以及其具有一定的强度，使得不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)有较长的使用寿命。其能解决现有的保温材料保温效果不好以及使用寿命不长的问题。

在本发明的一种实施例中：

粘结层为无机胶粘层、有机胶粘层、高分子胶粘层中的一种。

在本发明的一种实施例中：

粘结层的重量占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的重量的1％-20％；优选地，粘结层的重量占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的重量的2％-15％；更优的，粘结层的重量占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的重量的5％-10％。

在本发明的一种实施例中：

纤维基体由玻璃纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、植物纤维或合成纤维中的至少一种制成。

在本发明的一种实施例中：

纳米孔隙隔热层由纳米孔隙隔热材料颗粒制成，纳米孔隙隔热材料颗粒为火山岩颗粒、气凝胶颗粒、干凝胶颗粒、冻凝胶颗粒、碳纳米孔隙隔热材料颗粒、氧化物纳米孔隙隔热材料颗粒或有机高分子纳米孔隙隔热材料颗粒中至少一种；纳米孔隙隔热材料颗粒中的孔隙的尺寸为1-100nm；优选地，纳米孔隙隔热材料颗粒中的孔隙的尺寸为5-70nm；更优地，纳米孔隙隔热材料颗粒中的孔隙的尺寸为10-50nm。

在本发明的一种实施例中：

纳米孔隙隔热材料颗粒的粒度为0.5-100μm；优选地，纳米孔隙隔热材料颗粒的粒度为1-50μm；更优地，纳米孔隙隔热材料颗粒的粒度为5-20μm。

在本发明的一种实施例中：

纳米孔隙隔热层的体积占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的体积的1％-40％；优选地，纳米孔隙隔热层的体积占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的体积的5％-30％；更优地，纳米孔隙隔热层的体积占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的体积的10％-20％。

一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的制备方法，不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的制备方法用于制备上述任意一项的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)，其制备步骤为：

S1：将纤维材料采用常规的针刺技术或梳棉技术制成片状或卷状毡的所述纤维基体；

S2：在所述纤维基体的纤维的表面浸涂或者喷涂粘结剂，所述纤维基体的所有纤维表面形成完整均匀的所述粘结层；

S3：在所述粘结层的表面铺洒或喷撒经过研磨的所述纳米孔隙隔热材料颗粒，所述粘结层表面形成完整均匀且没有可以脱落的颗粒的所述纳米孔隙材料隔热层。

在本发明的一种实施例中：

S2中，先将所述纤维基体展开平铺，在平铺的所述纤维基体的上表面雾化喷涂所述粘结剂，同时在平铺的所述纤维基体下表面抽气，形成由上至下的气流；直至所述纤维表面形成完整均匀的所述粘结层；

S3中，在所述纤维基体中纤维表面形成的完整均匀的所述粘结层的表面喷撒经过研磨的所选用的纳米孔隙隔热材料的粉体颗粒，同时，在所述纤维基体的下表面抽气，形成由上至下的气流，直至在所述粘结层表面形成完整均匀的所述纳米孔隙材料隔热层，且没有可以脱落的颗粒。

在本发明的一种实施例中：

粘结剂为非固化柔性粘结剂或固化刚性粘结剂。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)，其能解决现有的含纳米孔隙隔热材料，特别是气凝胶保温毡出现的气凝胶颗粒粉尘脱落，造成吸入粉尘人员身体被伤害和由于气凝胶颗粒不断流失造成保温材料保温效果下降的问题。

本发明提供的一种不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的制备方法，通过该方法能得到上述能解决现有气凝胶保温毡掉粉尘以及保温效果下降问题的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的结构示意图；

图2为本发明实施例1中为纤维、粘结层以及纳米孔隙隔热层的结构示意图；

图3为图2中沿A-A方向上的剖视图。

图4为本发明实施例1中纳米孔隙隔热层的结构示意图；

图5为本发明实施例1中不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)的制备方法的流程图；

图6为本发明实施例1中粘结层覆着于纤维表面的过程图；

图7为本发明实施例1中粘结层与纤维的具体结构；

图8为本发明实施例1中纳米孔隙隔热层粘合于粘结层表面的过程图；

图9为本发明实施例2中保温板的结构示意图。

图标：10-不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)；11-纤维；20-保温板；100-纤维基体；110-粘结层；120-纳米孔隙隔热层；121-纳米孔隙隔热材料颗粒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参考图1，图1示出了实施例1中提供的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的具体结构。

本实施例提供的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10旨在解决现有保温材料存在保温效果不好、使用寿命不长的问题。

不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10包括纤维基体100以及未在图1中示出的粘结层110以及纳米孔隙隔热层120。

其中，纤维基体100由若干根纤维11无序地制成。

为更清楚地解释，请结合图2以及图3，图2为纤维11、粘结层110以及纳米孔隙隔热层120的结构示意图。图3为图2沿A-A方向上的剖视图。

粘结层110附着于纤维基体100中纤维11的表面，纳米孔隙隔热层120贴合于粘结层110远离纤维基体100中纤维11的表面。

具体地，纤维基体100由玻璃纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、植物纤维或合成纤维中的至少一种制成。

请参考图4，图4示出了本实施例提供的纳米孔隙隔热层120的具体结构。

纳米孔隙隔热层120由纳米孔隙隔热材料颗粒121制成，纳米孔隙隔热材料颗粒121为火山岩颗粒、气凝胶颗粒、干凝胶颗粒、冻凝胶颗粒、碳纳米孔隙隔热材料颗粒、氧化物纳米孔隙隔热材料颗粒或有机高分子纳米孔隙隔热材料颗粒中至少一种。

进一步的，粘结层110的重量占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的重量的1％-20％。优选地，粘结层110的重量占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的重量的2％-15％。更优的，粘结层110的重量占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的重量的5％-10％。

进一步的，纳米孔隙隔热材料颗粒121的粒度为0.5-100μm。优选地，纳米孔隙隔热材料颗粒121的粒度为1-50μm；更优地，纳米孔隙隔热材料颗粒121的粒度为5-20μm。

进一步的，纳米孔隙隔热层120的体积占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的体积的1％-40％；优选地，纳米孔隙隔热层120的体积占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的体积的5％-30％；更优地，纳米孔隙隔热层120的体积占不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的体积的10％-20％。

进一步的，由若干纳米孔隙隔热材料颗粒121均匀构成的纳米孔隙隔热层120，纳米孔隙隔热材料颗粒中的孔隙的尺寸为1-100nm；优选地，纳米孔隙隔热材料颗粒中的孔隙的尺寸为5-70nm；更优地，纳米孔隙隔热材料颗粒中的孔隙的尺寸为10-50nm。

具体地，请参考图5，图5示出了本实施例提供的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的制备方法的流程图。

图5中，不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的制备方法中包括步骤S1、步骤S2以及步骤S3。

S1：将玻璃纤维、陶瓷纤维、矿物纤维、植物纤维或合成纤维中的至少一种通过常规的针刺技术或梳棉技术制成片状或卷状毡的纤维基体100。

S2：在纤维基体100中纤维11的表面浸涂或者喷涂粘结剂，纤维11表面形成完整均匀的粘结层110。

S3：在粘结层110的表面喷撒经过研磨得到的纳米孔隙隔热材料颗粒121，粘结层110表面形成完整均匀且没有可以脱落的颗粒的纳米孔隙材料隔热层120。

其中，步骤S2中，粘结剂为固化刚性粘结剂，得到的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10为固化的保温板。

步骤S3中，纳米孔隙隔热层120的制备方法为：首先将火山岩材料、气凝胶材料、干凝胶材料、冻凝胶材料、碳纳米孔隙材料、氧化物纳米孔隙材料或有机高分子纳米孔隙材料中至少一种通过研磨的方法制得纳米孔隙隔热材料颗粒121。然后向将纳米孔隙隔热材料颗粒121均匀地粘合于粘结层110表面。最终形成纳米孔隙隔热层120。具体地，研磨的方法包括但不限于机械磨、球磨、压力磨、气流磨以及水流磨。纳米孔隙隔热材料颗粒121的粒度为0.5-100μm。优选地，纳米孔隙隔热材料颗粒121的粒度为1-50μm；更优地，纳米孔隙隔热材料颗粒121的粒度为5-20μm。

请参考图6以及图7，图6示出了粘结层110覆着于纤维11的表面的过程图，图7示出了粘结层110与纤维11的具体结构。

先将纤维基体100展开平铺，如图6和图7所示，在向纤维基体100中纤维11的上表面喷涂粘结剂时，在纤维11的下表面面顺着喷涂粘结剂的方向抽气，通过由上至下的气流带动喷向纤维11表面的粘结剂均匀地铺洒于纤维基体100的纤维11的表面，直至纤维11表面形成完整均匀的粘结层110。其中图6中箭头的指向为喷涂粘结剂的方向以及抽风的方向。

请参考图8，图8示出了纳米孔隙隔热层120粘合于粘结层110表面的过程图。

如图8所示，为使得纳米孔隙隔热材料颗粒121均匀的布置于粘结层110上，在向粘结层110表面喷撒纳米孔隙隔热材料颗粒121时，在纤维11远离粘结层110的表面顺着喷撒纳米孔隙隔热材料颗粒121的方向抽气，通过由上至下的气流带动喷向粘结层110表面的纳米孔隙隔热材料颗粒121均匀地铺洒并粘合于粘结层110的表面，直至在粘结层110表面形成完整均匀的纳米孔隙材料隔热层120，且没有可以脱落的颗粒。图8中，箭头的指向为喷撒纳米孔隙隔热材料颗粒121的方向以及抽风的方向。

发明人设计了上述不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10，其包括纤维基体100、粘结层110以及纳米孔隙隔热层120。粘结层110覆着于纤维基体100中纤维11的外表面，在粘结层110远离纤维11的表面贴合有纳米孔隙隔热层120。根据分子热运动理论，热量的传递主要是通过高温侧较高速度的分子向低温度的较低速度的分子碰撞，逐级传递能量，由于孔隙只有纳米大小的纳米孔隙隔热层120贴合于纤维基体100中纤维11的表面的粘结层110上，当孔隙的直径小于气体分子的平均自由程，使得气体分子直接与纳米孔隙隔热层120发生碰撞，阻止气体分子能量的传递，当孔隙的直径大于气体分子的平均自由程，其孔隙内的填充物为空气，其导热系数为0.025W/(m·K)，因此具有良好的保温效果。且纳米孔隙隔热层120通过粘结层110设置于纤维基体100中纤维11的表面，使得纳米孔隙隔热层120不易从纤维11的表面脱落并使得整个保温材料具有一定的强度。通过避免使纳米孔隙隔热层120从纤维基体100中的纤维11的表面脱落，以及其具有一定的强度，使得不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10有较长的使用寿命。其能解决现有的含纳米孔隙隔热材料，特别是气凝胶保温毡出现的气凝胶颗粒粉尘脱落，造成吸入粉尘人员身体被伤害和由于气凝胶颗粒不断流失造成保温材料保温效果下降的问题。

需要说明的是，现有的，在制备含纳米孔隙隔热材料保温毡板的工艺过程中，采用喷涂粘结剂粘着隔热材料颗粒的方法在许多领域也有广泛应用，但是由于纤维基体具有一定厚度，通常5毫米到30毫米厚度的纤维毡做基体是常见的，不形成穿透纤维基体的气流仅仅采用喷涂是不可能将纤维基体上的纤维由上至下全部均匀覆盖粘结剂的，会出现上面部分纤维喷涂覆盖粘结剂，越向纤维基体下部粘结剂附着越少，而在喷涂固体颗粒物例如纳米孔隙隔热材料颗粒时，如果喷洒量少，很多纤维表面未粘着上隔热材料颗粒，隔热性能下降，如喷洒量多，多余的颗粒就浮在纤维基体内部，造成施工应用时粉尘脱落。

因此本发明采用形成纤维基体100由上向下穿透气流时喷涂粘结剂方法，可使纤维基体100所有纤维11表面均匀完整形成粘结层110，同样在形成纤维基体100由上向下穿透气流时喷洒纳米孔隙隔热材料颗粒121，使得所有粘结层110表面全部完整均匀粘着上隔热材料颗粒，并且延长气流通过时间，直到穿透气流中不含粉尘颗粒。这样制备出的保温毡板在施工和应用中才不会出现粉尘颗粒脱落造成危害。

需要说明的是，在本实施例中，粘结层110由固化粘结剂浸涂或者喷涂于纤维基体100中纤维11的表面构成，在其他具体实施方式中，粘结层110还可以由无机胶粘层、有机胶粘层、高分子胶粘层中的一种浸涂或者喷涂于纤维11的表面构成。

其中，当粘结剂为固化刚性粘结剂，得到的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10为固化的保温板；当粘结剂为非固化柔性粘结剂时，得到的不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10为柔性的保温毡。

在本实施例中，通过顺向抽风的方式使得粘结剂以及纳米孔隙隔热材料颗粒121均匀地设置，在其他实施方式中，可通过非抽风的方式，设置粘结剂以及纳米孔隙隔热材料颗粒121。

实施例2

请参考图9，图9示出了本实施例提供的保温板20的具体结构。

保温板20由上述实施例中不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10制得，其具有不掉粉尘的含纳米孔隙隔热材料的保温毡(板)10的特点，保温板20保温效果好以及使用寿命长。

需要说明的是，保温板20适用于需要保温的管路、容器、设备、建筑的内外保温，也可以作为充填材料用于御寒服装、炉窑内高温区域工作服装、宇航或深海的特殊用途服装。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。