本发明属于隔热材料制备技术领域，特别涉及一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法。
背景技术：
气凝胶是世界上密度最小的固体，具有纳米多孔三维网络结构，具有高比表面积、高孔隙率、低密度和低热传导率等特性，是一种优异的隔热材料。铝硅气凝胶隔热材料作为气凝胶研究和应用比较广泛的一种，具有良好的耐热性能，是800～1200℃的有氧环境中应用的理想隔热材料。
目前，制备铝硅气凝胶隔热材料的铝源一般为昂贵的铝金属醇盐，制备成本高；其所制备的铝硅气凝胶隔热材料的力学性能较差，尤其是压缩强度较低，这严重限制了对隔热材料具有强度要求的应用场合。
技术实现要素：
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法，制备所得的铝硅气凝胶隔热材料压缩强度高，克服了现有技术中制备的气凝胶隔热材料力学性能较差的缺点。
本发明提供了一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法，所述方法包括，
s1，将铝源、第一醇水溶液混合，搅拌均匀，获得铝溶胶；将硅源、第二醇水溶液混合，加入酸为催化剂，搅拌均匀，获得硅溶胶；按照摩尔比计，所述铝溶胶中，铝、第一醇和水的比例为1：(8～20)：(15～25)，所述硅溶胶中，硅、第二醇和水的比例为1：(3～5)：(3～5)；
s2，将获得的所述铝溶胶、所述硅溶胶和环氧丙烷按照一定比例混合，加入凝胶催化剂，搅拌均匀，获得铝硅复合溶胶；按照摩尔比计，所述硅铝复合溶胶中铝、硅和环氧丙烷的比例为1：(0.2～0.5)：(3～6)；
s3，将获得的铝硅复合溶胶均匀浸渍压实后的纤维针刺毡，凝胶、密封获得纤维增强凝胶体；
s4，将获得的纤维增强凝胶体浸没于醇溶剂中陈化后，进行超临界干燥、热处理，获得铝硅气凝胶隔热材料。
进一步地，步骤s1中的所述铝源为无水氯化铝、六水合氯化铝、无水硝酸铝和九水合硝酸铝中的一种或多种的混合物；所述第一醇水溶液为甲醇水溶液、乙醇水溶液和异丙醇水溶液中的一种或多种的混合溶液。
进一步地，步骤s1中的所述硅源为正硅酸乙酯；所述第二醇水溶液为甲醇水溶液、乙醇水溶液和异丙醇水溶液中的一种或多种的混合溶液。
进一步地，步骤s2中的所述凝胶催化剂为氨水的醇溶液，所述氨水的醇溶液的质量浓度为2～4％，所述氨水的醇溶液的加入量为10～20g/mol正硅酸乙酯。
进一步地，步骤s3中的所述纤维针刺毡为硅酸铝纤维针刺毡、高硅氧纤维针刺毡、石英纤维针刺毡、莫来石纤维针刺毡、氧化铝纤维针刺毡中的一种或多种的混合纤维针刺毡。
进一步地，步骤s3中所述压实后的纤维针刺毡的密度为180～210kg/m3。
进一步地，步骤s4中的醇溶剂为异丙醇、无水乙醇和正丁醇中的一种或多种的混合醇溶剂。
进一步地，步骤s4中的所述陈化是将纤维增强凝胶体浸没于醇溶剂中，所述醇溶剂每18～48小时更换一次，更换次数为3～5次，所述醇溶剂的体积为纤维增强凝胶体的0.3～1倍，所述陈化温度为10～50℃。
进一步地，步骤s4中的所述超临界干燥容器为超临界干燥斧，所述超临界干燥介质为乙醇、二氧化碳中的一种。
进一步地，步骤s4中的所述热处理温度为500～700℃，保温时间为1～3小时。
本发明的有益效果至少包括：
本发明公开了一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法，包括，将铝源、第一醇水溶液混合，搅拌均匀，获得铝溶胶；将硅源、第二醇水溶液混合，加入酸为催化剂，搅拌均匀，获得硅溶胶；按照摩尔比计，所述铝溶胶中，铝、第一醇和水的比例为1：(8～20)：(15～25)，所述硅溶胶中，硅、第二醇和水的比例为1：(3～5)：(3～5)；将获得的所述铝溶胶、所述硅溶胶和环氧丙烷按照一定比例混合，加入凝胶催化剂，搅拌均匀，获得铝硅复合溶胶；按照摩尔比计，所述硅铝复合溶胶中铝、硅和环氧丙烷的比例为1：(0.2～0.5)：(3～6)；将获得的铝硅复合溶胶均匀浸渍纤维针刺毡，压实、凝胶、密封获得纤维增强凝胶体；将获得的纤维增强凝胶体浸没于醇溶剂中陈化后，进行超临界干燥、热处理，获得铝硅气凝胶隔热材料。本发明采用特定的铝和硅的摩尔配比和溶胶–凝胶制备方法，形成理想的空间网络结构，并配以后续特定的陈化工艺，保持结构情况下，进一步提高凝胶内部的交联程度，最后通过干燥后热处理来修饰气凝胶的微观机构，在不造成内部机构破坏的前提下，进一步提高材料强度这一整套的工艺体系方法，显著提高了铝硅气凝胶隔热材料的强度。经过检测，所制备的铝硅气凝胶隔热材料的压缩量为10％的压缩强度不小于0.45mpa；而传统的制备方法，采用铝金属醇盐作为铝源，其所制备的铝硅气凝胶的隔热材料的压缩率为10％的压缩强度为0.185～0.235mpa。相比而言，本发明所制备的铝硅气凝胶的压缩量为10％的压缩强度是传统制备方法的2倍，其力学性能优越，可以满足对强度要求高的应用领域。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
实施例1的一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法包括，
s1，将1mol无水氯化铝，无水乙醇和水混合，在温度为30℃下搅拌1小时，搅拌速度为150r/min，获得铝溶胶；所述铝溶胶中的铝元素、乙醇和水的摩尔比为1:10：20；
将1mol正硅酸乙酯，乙醇水溶液混合，加入0.15ml盐酸作为催化剂，在25℃搅拌均匀后，继续搅拌180分钟，搅拌速度150r/min，获得硅溶胶，所述硅溶胶中的硅元素、乙醇和水的摩尔比为1:5:4；
s2，将获得所有铝溶胶、3/10体积的硅溶胶和6mol环氧丙烷混合，加入质量浓度为3％的氨水的乙醇溶液6g，作为凝胶催化剂，以350r/min的搅拌速度搅拌均匀，获得铝硅复合溶胶，按摩尔比计，所述铝硅复合溶胶中的铝：硅：环氧丙烷为1：0.3：6；
s3，将密度为120kg/m3的硅酸铝纤维针刺毡经剪裁后放入模具中，压实，将步骤s2中获得的铝硅复合溶胶均匀浸渍纤维针刺毡，并合模、凝胶、密封12小时获得纤维增强凝胶体，合模后的铝硅复合溶胶的密度为180kg/m3；
s4，开模取出纤维增强凝胶体，将获得的纤维增强凝胶体浸没于其体积1倍的异丙醇中陈化，异丙醇每24小时更换一次，共更换3次，再放入乙醇超临界干燥斧中进行超临界干燥，然后对干燥后的纤维增强凝胶体置于高温干燥箱中进行热处理，热处理温度为600℃，保温时间为2小时，得到铝硅气凝胶隔热材料。
经过检测，获得的铝硅气凝胶隔热材料在10％压缩量时的压缩强度为0.48mpa。
实施例2
实施例2的一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法包括，
s1，将2mol六水合氯化铝，甲醇水溶液混合，在温度为38℃下搅拌0.5小时，搅拌速度为180r/min，获得铝溶胶；所述铝溶胶中的氯元素、甲醇和水的摩尔比为1:18:15；
将1mol正硅酸乙酯，甲醇水溶液混合，加入0.15ml盐酸作为催化剂，在25℃搅拌均匀后，继续搅拌120分钟，搅拌速度180r/min，获得硅溶胶；所述硅溶胶中的硅元素、甲醇和水的摩尔比为1:4:5；
s2，将获得所有铝溶胶、硅溶胶和7mol环氧丙烷混合，加入质量浓度为3％的氨水的乙醇溶液20g，作为凝胶催化剂，以460r/min的搅拌速度搅拌均匀，获得铝硅复合溶胶，按摩尔比计，所述铝硅复合溶胶中的铝：硅：环氧丙烷为1：0.5：3.5；
s3，将密度为120kg/m3的硅酸铝纤维针刺毡经剪裁后放入模具中，压实，将步骤s2中获得的铝硅复合溶胶均匀浸渍压实后的硅酸铝纤维针刺毡，并合模、凝胶、密封48小时获得纤维增强凝胶体，合模后的铝硅复合溶胶的密度为200kg/m3；
s4，开模取出纤维增强凝胶体，将获得的纤维增强凝胶体浸没于其体积0.5倍的乙醇中陈化，乙醇溶液每20小时更换一次，共更换3次，再放入乙醇超临界干燥斧中进行超临界干燥，然后对干燥后的纤维增强凝胶体置于高温干燥箱中进行热处理，热处理温度为700℃，保温时间为2小时，得到铝硅气凝胶隔热材料。
经过检测，获得的铝硅气凝胶隔热材料在10％压缩量时的压缩强度为0.5mpa。
实施例3
实施例3的一种铝硅气凝胶隔热材料的制备方法包括，
s1，将3mol无水硝酸铝，异丙醇水溶液混合，在温度为45℃下搅拌1小时，搅拌速度为200r/min，获得铝溶胶；所述铝溶胶中的铝元素、异丙醇和水的摩尔比为1:15:25；
将1.2mol正硅酸乙酯，异丙醇水溶液混合，加入0.18ml盐酸作为催化剂，在25℃搅拌均匀后，继续搅拌180分钟，搅拌速度130r/min，获得硅溶胶；所述硅溶胶中的硅元素、异丙醇和水的摩尔比为1:3:3；
s2，将获得所有铝溶胶、硅溶胶和15mol环氧丙烷混合，加入质量浓度为3％的氨水的乙醇溶液6g，作为凝胶催化剂，以350r/min的搅拌速度搅拌均匀，获得铝硅复合溶胶，按摩尔比计，所述铝硅复合溶胶中的铝：硅：环氧丙烷为1：0.4：5；
s3，将密度为120kg/m3的硅酸铝纤维针刺毡经剪裁后放入模具中，压实，将步骤s2中获得的铝硅复合溶胶均匀浸渍压实后的硅酸铝纤维针刺毡，并合模、凝胶、密封18小时获得纤维增强凝胶体，合模后的铝硅复合溶胶的密度为190kg/m3；
s4，开模取出纤维增强凝胶体，将获得的纤维增强凝胶体浸没于其体积0.8倍的正丁醇中陈化，正丁醇每40小时更换一次，共更换3次，再放入乙醇超临界干燥斧中进行超临界干燥，然后对干燥后的纤维增强凝胶体置于高温干燥箱中进行热处理，热处理温度为650℃，保温时间为3小时，得到铝硅气凝胶隔热材料。
经过检测，获得的铝硅气凝胶隔热材料在10％压缩量时的压缩强度为0.45mpa。
对比例1
以铝金属醇盐为铝源制备铝溶胶，采用正硅酸乙酯为硅源制备硅溶胶，使用所得的铝溶胶和硅溶胶按一定比例混合，加入乙醇/甲醇溶液为凝胶催化剂，搅拌均匀，得到硅铝复合溶胶。
将硅铝复合溶胶均匀浸渍增强纤维毡，凝胶后依次进行6～24小时密封、老化和溶液置换，得到纤维增强凝胶体。将纤维增强凝胶体在超临界干燥斧中超临界干燥、高温干燥箱中热处理获得纤维增强铝硅气凝胶材料。经过检测此材料在10％压缩量时的压缩强度为0.185～0.238mpa。
根据上述的实施例1、实施例2、实施例3、对比例1的描述可得：本发明的实施例所得的铝硅气凝胶耐热材料的压缩强度0.45～0.5mpa，对比例1所得的纤维增强铝硅气凝胶材料的压缩强度为0.185～0.238mpa，将本发明实施例的压缩强度检测结果与对比例1的压缩强度检测结果对比，本发明实施例所制备的铝硅气凝胶耐热材料的压缩强度是对比例1所制备的纤维增强铝硅气凝胶材料的压缩强度的2倍，压缩强度得到了极大的提高。本发明的制备方法所使用的铝源为无水氯化铝、六水合氯化铝、无水硝酸铝和九水合硝酸铝中的一种或多种的混合物，与对比例1中使用昂贵的铝金属醇盐作为铝源相比，具有成本低的优势。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。