氧化锆纤维作为低温、超低温保温材料的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化锆纤维作为低温、超低温绝热材料的应用，属于超低温设备隔热材料技术领域。
【背景技术】
[0002]氧化锆具有高熔点、高强度、低热导率、低的高温蒸汽压和良好的化学稳定性，因此氧化锆纤维是一种优异的高温、超高温领域性质优异的绝热材料。与其他无机纤维相比，氧化锆纤维具有许多独特的、不可替代的优越性能，在航空、航天和超高温工业窑炉隔热等领域都具有极其重要的应用价值。尤其是在超过1800°C的氧化气氛环境下可长期使用，因此现有技术中对氧化锆纤维的应用都集中在高温隔热应用。而在低温与超低温领域的研究与应用，目前在国际上尚属空白，未见任何研究文献及专利报道。
[0003]低温液态气体的沸点很低，例如液氮为_196°C，液氧为_183°C，液氢为_253°C，氦气更低为_268.9°C，液化天然气的沸点为_162°C。在世界能源总储量中，天然气约占高达1/3。预计到2020年在世界对能源需求总量中天然气的比例将达到45%-50%。而其中液化天然气LNG的销售约占33 %。随着对低温液体需求量的逐渐增大，低温容器如LNG低温气瓶、储罐、低温管道等的应用也越来越广泛，伴随着的是对低温绝热材料的要求越来越高。因此，对用于超低温液态气体的储存、运输的优质绝热材料需求日趋凸显。
[0004]常见的低温绝热结构类型分为普通堆积绝热、高真空绝热、真空粉末绝热和高真空多层绝热。真空多层绝热(Multilayer Insulat1n, MLI)是1951年瑞典的Peterson首次研制成功的，是由铝箔/镀铝薄膜和具有低热导率间隔材料(玻璃纤维或聚酯)复合而成，是目前世界上公认的在高真空下具有最低热导率的高真空绝热材料，被称之为“超级绝热”。
[0005]美国专利5224832,Methodof fabricating a multilayer insulat1n blanket,美国专利 5143770, Multilayer insulat1n blanket, fabricating apparatus andmethod,都提到的多层绝热结构方式，只是多层金属聚合物反射层的多层制备应用。用聚酯聚合物有机材料都存在出气率高影响真空度，从而影响绝热效果的问题。
[0006]目前超低温低热导率间隔保温材料，最具代表性的是玻璃纤维纸和硬质聚氨酯泡沫材料。聚氨酯泡沫塑料最大的缺点是阻燃性差，低温下尺寸稳定性差，容易变形开裂，对于LNG船上的应用有一定的危险性。玻璃纤维超低温隔热材料在使用时需要和定量较低的铝箔或无纺布经多层复合后，做成像棉被一样的保温层，包裹在液态气体或冷冻样品的储存设备上。CN103836306A(201410106090.2)提供一种玻璃纤维超低温隔热材料生产工艺，以玻璃纤维棉为原料，加入软化增强剂，经过工艺处理以后，得到一种定量很低、保温及透气性好的新型玻璃纤维超低温隔热材料。能在-273?500°C的环境下使用，尤其是用于深冷状态下的液氮、液氢、液氦和石油液化气等气体的贮存、运输设备的保温；在使用过程中，抽真空速度快，节省工作时间。申请号201410106090.2提供的玻璃纤维超低温隔热材料生产工艺，是以玻璃纤维棉为原料生产的玻璃纤维纸。申请号201310022591.8提及的一种超强透气型深冷绝热材料及其制备方法，也是包括无碱玻璃纤维和水拉丝玻璃纤维制备的玻璃纤维纸，但是，玻璃纤维不耐高温燃烧时收缩厉害，热导率系数不是最低的，低温下易脆化抗拉伸强度降低，生产过程中添加的化学物质会影响到换气率从而影响真空度使产品性能降低等缺点。
[0007]CN 101357979A (200810021989.9) 一种耐低温LNG保温材料及其制备方法，该材料是由混合多元醇为60-97%，催化剂为0.1-2%,匀泡剂为0.5-10%,发泡剂为2-15%，阻燃剂为2-15%，扩链剂为0.1-5%组成的A组分；再与异氰酸酯类的B组分反应制备而获得。该材料可以在-220°C以上的低温下长期使用，具有良好的保冷和机械性能，可适应300°C以上温差范围急速变化，具有高阻燃性，导热系数小，能有效防止超低温液体的热损耗，为环保节能，无污染的高性能保温、保冷材料。但该种材料不宜在高真空下应用，材料为有机材料换气率较高，不适宜多层真空绝热应用。
[0008]目前超低温绝热结构和材料存在突出的缺点是绝热效果差，主要是低温热导率较高，材料本身反射率较低，高真空下放气率较高。低温下力学强度降低，影响使用效果。
【发明内容】
[0009]本发明针对现有技术的不足，提供一种新的超低温保温材料，即氧化锆纤维作为超低温保温材料的应用。
[0010]术语说明:
[0011]低温，指从环境温度?120K(-153°C );超低温，指120K?OK (-273.15°C )也指深冷区。
[0012]低温、超低温保温材料，是指具有较低导热系数、能在0°C?-273.15°C左右的环境下长期使用的材料。
[0013]本发明的技术方案如下:
[0014]氧化锆纤维作为低温、超低温保温材料的应用，用于0°C至-273.15°C的绝热保温。
[0015]优选的，氧化锆纤维作为低温、超低温保温材料的应用，用于0°C至_153°C或-153°C至-273.15°C的绝热保温。
[0016]根据本发明优选的，所述的氧化锆纤维，ZrO2含量85%以上，纤维直径1_3 μ m。长度1-3厘米。进一步优选所述的氧化锆纤维，ZrO2含量99%以上，单斜相。
[0017]根据本发明优选的，所述的氧化锆纤维用于10 2?10 5Pa高真空条件下的绝热保温。
[0018]根据本发明优选的，所述的氧化锆纤维制毡或纸与铝箔层层复合，制成便于包裹的复合片材，用于低温储存容器或输送设备的绝热保温。
[0019]根据本发明优选的，所述低温储存容器为低温液体储罐，储罐包括内胆和外壳，内胆和外壳之间的夹层抽真空，所述的氧化锆纤维制毡或纸与铝箔层层复合，包裹在低温储罐的内胆外壁。
[0020]本发明氧化锆纤维作为低温、超低温保温材料的应用，用于深冷液体储存或运送容器、深冷液体输送管的真空绝热保温，生物学样品低温储运容器、低温真空管道，低温液体泵及泵池、低温超导、航空航天的低温绝热设备。
[0021]本发明氧化锆纤维是存在单斜相、四方相和立方相或混合相(室温下)，ZrO2含量85%?99%。优选含量99%。
[0022]本发明所述的氧化锆纤维制备方法按现有技术，参见CN1584155A”有机聚锆前驱体纺丝液甩丝法制备氧化锆纤维棉”(200410024264.7)、CN103993365A”采用氧氯化锆制备高稳定聚醋酸氧锆溶胶和高品质氧化锆晶体纤维的方法”(201410239570.6)、CN103993366A “碱式碳酸锆-甲醇体系制备聚醋酸氧锆前驱体溶胶纺丝液及氧化锆晶体纤维的方法” (201410239966.0)。
[0023]优良效果
[0024]本发明的有益效果在于:
[0025]1.绝热性能和阻燃性好。本发明采用的是无机超细氧化锆纤维棉，绝热性能好，可以耐低温到_273°C，耐高温到2200°C而不影响其本身性能。氧化锆纤维不蓄热、遇见明火不