本发明属于化工管道及设备高温保温隔热材料技术领域，尤其涉及一种铁红/陶瓷纤维新型复合材料制备方法及其应用。
技术背景
传统工业管道及设备保温隔热材料有岩棉、普通玻璃棉毯、高硅酸铝棉、聚氨酯等，其中岩棉和高硅酸铝棉保温性能差、易吸潮、安装厚度大等缺点，聚氨酯不耐高温、易燃。
铁红/陶瓷纤维新型复合材料是一种结构可控的轻质纳米多孔性非晶固态材料，其孔隙率高达80％～99.8％，孔洞尺寸为1～100nm，高比表面积200-1000m2/g，低密度变化范围100～500kg/m3，常温常压下热导率小于0.018w/m·k，是一种保温隔热性能优良的阻燃材料，将其用于工业管道及设备保温隔热具有十分重要意义的。
技术实现要素：
本发明的面对是为了解决以解决传统工业管道及设备保温隔热材料保温隔热性能差、易吸潮、不耐高温、易燃、安装厚度大等缺点，提供一种铁红/陶瓷纤维新型复合材料制备方法及其应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明是这样一种铁红陶瓷纤维复合材料的制备方法，该方法是利用陶瓷纤维毯饱和吸收前聚体并于特定条件凝胶，超临界流体co2干燥形成铁红/陶瓷纤维新型复合材料；制备方法避免了溶剂替换步骤，操作简易，生产可连续化。该方法包括如下步骤：
1)前聚体的配制；
2)铁红/陶瓷纤维新型复合材料的复合成型；
3)铁红/陶瓷纤维新型复合材料的陈化或陈化及表面改性；
4)铁红/陶瓷纤维新型复合材料的干燥。
其中，所述前聚体的原料包括硅源前驱体、水解催化剂、添加剂和溶剂。
进一步的，所述的硅源前驱体包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲基氯硅烷中的一种或两种以上的混合物；所述水解催化剂包括纯水、盐酸、硝酸、硫酸、草酸、醋酸，氨水、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或两种以上的混合物；所述添加剂包括铁红、乙基纤维素、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、甲酰胺、乙酰胺及烷基化试剂中的一种或两种以上的混合物；所述溶剂包括质量分数95％以上的直链醇中的一种或两种以上的混合物，包括甲醇、乙醇和丁醇。
进一步的，所述陶瓷纤维毯是以直径为2-5μm的陶瓷纤维材质制成的密度不大于300kg/m3的质地均匀的板或毯。
进一步的，所述前聚体按如下体积比配制而成：正硅酸乙酯:95％无水乙醇:水解催化剂:添加剂＝10:(40～200):(1～5):(0.1～1.5)。
进一步的，所述陈化是将湿凝胶放入无水乙醇溶液中35～45℃浸泡24h；所述表面改性是将陈化的湿凝胶放入加有表面改性剂的无水乙醇溶液中50～60℃进行表面改性；所述表面改性剂包括六甲二硅氮烷、六甲基二硅氧烷中的一种。
进一步的，所述前聚体的配制原料包括如下体积比的组分：正硅酸乙酯:95％无水乙醇:水催化剂:添加剂＝10:(40～200):(1～5):(0.1～1.5)。
在制备步骤中，所述干燥是将陈化的铁红/陶瓷纤维新型复合材料材料放入超临界干燥设备中，将co2流体注入干燥干燥釜，调节干燥釜内温度和压力在co2流体的超临界状态下与材料接触，使材料中的溶剂溶解于超临界流体之中，从分离釜排料口收集溶剂；以制备亲水型铁红/陶瓷纤维新型复合材料；或者，所述干燥是将表面改性后的铁红/陶瓷纤维新型复合材料材料放入干燥釜中，将co2流体注入干燥釜，调节干燥釜内温度和压力在co2流体的超临界状态与材料接触，使材料中的溶剂溶解于超临界流体之中，从分离釜的出口收集溶剂；以制备疏水型铁红/陶瓷纤维新型复合材料。
其中，所述co2流体的控制温度为45～55℃，压力为10～18mpa；co2流体流量为1000～3000kg/h，干燥时间为3～8h。
本发明还提出了这种铁红陶瓷纤维复合材料在制作工业管道上的应用。
本发明制备的铁红/陶瓷纤维新型复合材料具有高孔隙率、高比表面积、低密度、极低热导率等优良性能，是一种保温隔热性能极佳的阻燃材料。
与现有技术相比，本发明具有以下突出的实质性特点和显著的进步：用超临界态下的co2流体作为干燥介质，该溶剂在同一系统中循环使用，溶剂消耗少，且售价便宜，因此干燥成本低，无环境污染等特点。制备周期短，仅2d，就可以制备出一卷完整的陶瓷纤维复合型气凝胶保温材料，而现有技术需要6～7d。陶瓷纤维毯用做气凝胶增强基材，能很好的降低陶瓷纤维毯的导热性能，使气凝胶松脆性改善，本发明生产出的陶瓷纤维复合型气凝胶保温材料在常温下的导热系数为0.015～0.022w/m·k。本发明工艺简单，生产连续性强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合，其中涉及的数值或者比例，如无说明，均指质量数值或质量比例。
实施例1：
铁红/陶瓷纤维新型复合材料制备方法包括以下步骤：前聚体的配制→铁红/陶瓷纤维新型复合材料的复合成型→陈化→干燥→检测。配制如下体积比的前聚体：正硅酸乙酯:95％无水乙醇:水催化剂:添加剂＝10:90:2:0.1。水催化剂分别为0.02mol/l盐酸溶液、0.01mol/l氨水溶液，添加剂为纳米级铁红粉末，反应时间3h。将反应胶液喷淋于厚度为10mm，密度为165kg/m3的陶瓷纤维毯上，使陶瓷纤维毯饱和吸附胶液，陶瓷纤维毯无鼓泡、凹陷，上下表面均均匀平整，再送入38℃环境静置20min，形成铁红/陶瓷纤维新型复合材料湿凝胶。将陶瓷纤维气凝胶的湿凝胶放入35℃乙醇溶液中浸泡24h。将陈化过的陶瓷纤维气凝胶材料放入干燥釜中，将co2流体注入干燥釜，调节干燥釜内温度和压力在co2流体的超临界状态与材料接触，使材料中的溶剂溶解于超临界流体之中，超临界温度为45℃，压力为14mpa；co2流体通过干燥釜的流量为2600kg/h，从分离釜的干燥出口收集溶剂，停机取出材料。
将干燥好的随机选取三点(三点应尽量能反映整卷材料的性能)，取300×300mm材料各两块，测量密度、导热系数、憎水性、机械强度。测其相关数据：材料厚度10mm，密度200kg/m3，常温导热系数0.018w/mk，憎水性为0，燃烧等级s4级。
实施例2：
铁红/陶瓷纤维新型复合材料在工业管道及设备上的应用分析报告包括以下步骤：采用40mm厚铁红/陶瓷纤维新型复合材料和200mm厚传统保温材料岩棉分别对400℃高温蒸汽管线进行保温隔热，即方案1：用10mm厚陶瓷纳米纤维棉沿管径方向包裹，然后用细铁丝或不锈钢带捆扎结实第一层，用相同方式包裹第二层至第五层，注意每层之间陶瓷纳米纤维棉需错缝包裹，捆扎结实，最后用彩钢板或铝皮或不锈钢皮作外层防护。方案2：用50mm厚石棉沿管径方向包裹，用细铁丝或不锈钢带捆扎结实第一层，然后用相同方式包裹第二层至第五层，注意每层之间陶瓷纳米纤维棉需错缝包裹，捆扎结实，最后用彩钢板或铝皮或不锈钢皮作外层防护。
在达到同样保温效果的前提下，对上述两种材料的保温效果及能耗进行了对比分析，铁红/陶瓷纤维新型复合材料保温层厚度仅为传统保温材料1/4，节约管道占用空间和施工强度，且节能50％。
以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。