一种防火隔音保温气凝胶复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种防火隔音保温材料，具体涉及一种防火隔音保温气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术：

在保温隔音材料领域，目前市场上采用聚苯乙烯泡沫、聚安酯泡沫等有机材料易燃烧，且燃烧过程产生大量的有毒气体；安全性差、而岩棉、玻璃纤维、发泡水泥、硅酸铝纤维等无机板材虽然防火性能优异，但是无机保温板的导热系数较高、密度较大，为了达到理想的保温效果一般需要增加保温层的厚度，不仅影响涉及美观、还显著增加了保护层的厚度。

近年来，兴起的气凝胶是由胶体离子或聚合物分子相互聚合构成的多孔网络结构，并在空隙中充满气态分散介质的一种新型轻质固体材料，是目前已知质量最轻的固体物质，有“固态烟雾”之称；其中，sio2气凝胶是一种纳米多孔超级隔热材料、因为其具有高比表面积、高孔隙率、极低的表现密度而具有极低的导热系数及高吸附、负载和催化能力等优异性能；因此，sio2气凝胶在光学、电学、声学、化学催化、环境保护、医学等领域均具有很高的应用价值；此外，气凝胶凭借优异的隔热、防火、隔音性能和极低的烟气毒性而在节能环保和安全方面具有越来越重要的应用；但是sio2凝胶成型性差、其板材的制备工艺复杂，还存在易掉粉的问题；将力学性能优良的无机材料与sio2气凝胶材料结合是制备高性能防火保温材料的有效途径；申请号为2016104986131的中国发明专利公开了一种集保温防火隔音和装饰功能的气凝胶一体板；虽然该材料通过多层复合有效降低了自身重量，且具有很好的保温性；但是该材料中的粘胶剂层具有一定的可燃性，降低了材料的防火性，并且使用的加强板密度较大、材料整体的重量降低有限；申请号为201711379245x的中国发明专利则公开了另一种隔热防火材料；该材料通过使用环保型丙烯酸酯或热溶胶将玻璃纤维布粘接在sio2气凝胶毡的表面来防止气凝胶毡粉末的泄露；虽然该材料也具有优良的隔热、阻燃和较低密度等特点；但是有机胶黏剂具有可燃性，降低了材料整体的防火性能，同时该材料长期使用温度不高，存在胶黏剂老化失效的问题。

现有技术中的sio2气凝胶材料因为成型性较差，一般需要与硅酸铝毡、玻璃纤维毡等复合才能使用；而sio2气凝胶与硅酸铝与硅酸铝毡、玻璃纤维毡等复合材料虽然具有很好的隔热和防火性，但是存在严重的掉粉问题，影响产品的实际应用；目前能够在市场上获得应用的产品大多材料多层复合来解决掉粉的问题；多层复合一般采用后处理的方法，即利用有机粘结剂将玻璃纤维布或铝箔等表层材料粘接到气凝胶毡表面，从而获得力学性能良好、不掉粉的气凝胶隔热材料；但是现有的多层复合材料采用后处理的方法不仅增加了材料制备工艺程序，更重要的是该材料中使用的有机胶黏剂大多属于可燃或易燃材料，降低了材料整体的防火性能；燃烧并伴有有毒烟气的生成，并且有机胶粘剂还存在老化失效的问题，降低了材料的使用温度和使用年限。

技术实现要素：

本发明公开了一种具有优异的防火性，解决了现有气凝胶毡掉粉的问题，高温条件下分解不产生明显的有毒烟气，制备工艺简单，满足安全环保的要求。

本发明提供的技术方案是：一种防火隔音保温气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用纤维布包裹纤维毡；

步骤2：将步骤1中包裹纤维布的纤维毡浸入sio2溶胶溶液中；

步骤3：经过溶胶-凝胶、干燥制得所需要的防火隔音保温气凝胶复合材料。

进一步的，所述纤维毡为硅酸铝纤维毡和玻璃纤维毡中的一种。

进一步的，所述纤维布为玻璃纤维布。

进一步的，所述纤维毡的厚度为3～100mm。

进一步的，所述纤维布厚度为0.05～0.65mm。

一种防火隔音保温气凝胶复合材料的制备方法得到的复合材料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在成型过程中，玻璃纤维布表面大量的羟基与sio2气凝胶之间的共价键或氢键作用直接将玻璃纤维布粘接在纤维毡与气凝胶形成的气凝胶芯层表面；在解决气凝胶掉粉问题的同时，避免了有机可燃胶黏剂的使用，使得材料拥有优异的防火性能；

(2)本发明中玻璃纤维毡或硅酸铝毡经sio2气凝胶复合后共同作为材料的芯层，其中，硅酸铝毡或玻璃纤维毡保证了材料良好的力学性能，而sio2气凝胶增强了材料的隔热和隔音性能；

(3)相比于气凝胶后处理粘接纤维布的方法，玻璃纤维布在气凝胶毡成型过程中原位复合粘接的方法减少了制备工艺步骤，有助于减少生产成本；

(3)本发明中材料高温分解不产生有毒烟气，具有可使用温度高、使用寿命长等特点，安全环保。

附图说明

图1为本发明复合材料的结构示意图。

图中，1-气凝胶芯层，2-上表层，3-下表层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种防火隔音保温气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用纤维布包裹纤维毡；

步骤2：将步骤1中包裹纤维布的纤维毡浸入sio2溶胶溶液中；

步骤3：经过溶胶-凝胶、干燥制得所需要的防火隔音保温气凝胶复合材料。

纤维毡为硅酸铝纤维毡和玻璃纤维毡中的一种；纤维布为玻璃纤维布；纤维毡的厚度为3～100mm；纤维布厚度为0.05～0.65mm。

将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水和n,n-二甲基甲酰胺按照摩尔比1:16:24:0.2加入反应器中搅拌均匀，然后加入0.5mol/l的盐酸调节ph至3～4，继续搅拌1～2h。待正硅酸乙酯水解完全以后，缓慢滴加0.5mol/l的氨水，调节ph至7～8，搅拌10～30min得到sio2溶胶溶液。依次将玻纤布、纤维毡和玻纤布平铺于模具中，倒入sio2溶胶溶液浸泡，使玻纤布贴附于纤维毡表面，静置直至凝胶形成。将湿凝胶在乙醇溶液中老化12h，正己烷交换2次，每次老化8～12h。最后，分别60℃、80℃和100℃各干燥6～8h。

经上述制备方法得到的复合材料结构如图1所示，包括气凝胶芯层1、上表层2和下表层3；气凝胶芯层1为硅酸铝毡复合sio2气凝胶层或玻璃纤维毡复合sio2气凝胶层制备得到；上表层2和下表层3均为玻璃纤维布；玻璃纤维布表层借助其表面大量的羟基与sio2气凝胶间较强的共价键或氢键作用粘接在气凝胶芯层1表面，最终获得所需要的防火隔音保温材料。

经测试制备得到的复合材料中气凝胶芯层1的sio2气凝胶颗粒的孔径为5～50nm，sio2气凝胶颗粒比表面积为500～1000m²/g。经测试制备得到的复合材料密度为200kg/m³～300kg/m³，导热系数为0.020w/(m·k)～0.040w/(m·k)；燃烧性能a1级，烟气毒性aq1级，可用于对防火保温有较高要求的场所，也可用于列车、船舶等交通工具的隔音保温。

本发明中制备得到的防火隔音保温复合材料，由气凝胶芯层1、上表层2和下表层3组成的多层结构；气凝胶芯层1以纤维毡作为骨架增强材料，复合sio2气凝胶而成；玻璃纤维表层(包括上表层2和下表层3)在气凝胶芯层1制备时，将玻璃纤维布包覆纤维毡共同浸入sio2溶胶溶液中；经溶胶-凝胶、干燥，利用纤维布表面大量的羟基与sio2气凝胶间较强的共价键或氢键作用粘接在气凝胶芯层1表面；气凝胶芯层1中，不燃的纤维毡(硅酸铝毡或玻璃纤维毡)为材料提供了足够的力学强度和韧性，且具有良好的隔热性能，低导热系数的sio2气凝胶进一步增强了材料的隔热性能；使材料的整体导热系数低于0.04w/(m·k)(一般现有的硅酸铝毡或玻璃纤维毡等无机材料的导热系数均大于0.040w/(m·k))。

玻璃纤维表层参与sio2凝胶成型过程，利用纤维布表面大量的羟基与sio2气凝胶间较强的共价键或氢键作用粘接在气凝胶芯层1表面；避免了常规方法中可燃胶粘剂的使用，不存在胶层老化失效的问题，使材料的燃烧性能达到a1级，并且高温分解产物毒性更低，烟气毒性能达到aq1级(若材料中含有可燃的胶粘剂，一般难以达到a1级的燃烧性能和aq1级的烟气毒性)；该玻璃纤维布在sio2凝胶成型过程中原位粘接的方法减少了材料的制备工艺步骤，有助于减少生产成本；玻璃纤维表层的包覆抑制了气凝胶芯层1掉粉的问题；材料的整体密度也较低，只有200kg/m³～300kg/m³。所以本发明制备得到的复合材料具有优异的防火性能和低烟气毒性，使用更加安全；而其较低的密度和低导热系数使其在建筑保温、轨道交通等领域的应用更加节能环保。