一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新型保温材料技术领域，具体涉及一种气相二氧化硅/纳米炭黑复合 材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着人类社会的发展和科学技术的进步，能源的消耗成几何倍数的增长，发展新 型节能材料与设备是目前各国研宄的重点。真空绝热板是由高阻隔薄膜、多孔芯材、吸附剂 组成，经真空成型工艺而制成的板状材料，由于其超低导热系数而受到了广泛关注。其中作 为核心部位的芯材主要由玻璃纤维、短切丝、二氧化硅等材料组成，其中以二氧化硅作为芯 材的真空绝热板由于较低的导热系数，长的使用寿命和环保无害等优点而得到了广泛的研 宄和快速发展。
[0003] 如专利CN102976710A公开了一种纳米微孔保温材料的制备方法，主要由纳米级 二氧化硅、红外遮光剂及增加纤维等材料搅拌混合而成，该制备方法需要在800°C烧结lh， 制作成本较高。
[0004] 再如专利CN102464468B公开了一种纳米复合绝热材料及其制备方法，由纳米氧 化硅、有机纤维、辐射阻隔剂和粘结剂组成，当将其制备成真空绝热板时，最低导热系数可 达到0. 004-0. 005w/mk，该制备方法使用了多种纳米级材料，材料成本较高，不适合规模化 生产。
[0005] M.Alam等人(M.Alam,H.Singh,S.Brunner,C.Naziris.Energyand Buildings. 69 (2014) 442-450)制备了膨胀珍珠岩/气相二氧化硅复合材料，并调整其中膨 胀珍珠岩含量来考察复合材料导热性能的变化，利用该种节省成本方法制备的产品，导热 系数最低可达到〇. 〇〇76w/mk，该方法可以一定程度降低成本，但是导热系数较高，不适合实 际应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种气相二氧化硅/纳米炭黑复合材料并辅以添加增强 纤维与遮光剂的方法改善现有技术的不足，即要提供一种成本较低、工序简单适宜规模化 生产的配方与方法，同时又要满足低导热系数性能，满足客户要求。
[0007] 本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0008] 一种复合材料，其特征在于，由以下重量的组分制成：气相二氧化硅50-100g、增 强纤维5-25g、遮光剂l-5g、纳米级炭黑l-30g;
[0009] 一种制备上述复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010] (1)首先，称取50-100g气相二氧化硅及5-25g增强纤维放入密闭式混料机中，充 分搅拌均匀，其中增强纤维为：聚丙烯短切丝，聚酯短纤维，玻璃纤维短切丝等其中一种或 者几种混合物；
[0011] (2)称量l-5g遮光剂加入已搅拌均匀的步骤（1)中的物料中，其中遮光剂未：纳 米氧化锌、纳米氧化钛、纳米二氧化错等其中一种或者几种混合物；
[0012] (3)称量l_30g纳米级炭黑作为改性剂加入步骤（2)中的物料中，在混料机中快速 搅拌5-40min，形成分散均勾的复合材料；
[0013] (4)用预先裁剪好的无纺布袋装入步骤（3)中搅拌好的复合材料，并通过抹平、压 制成型等形成作为真空绝热板芯材的气相二氧化硅/纳米炭黑复合材料。
[0014] 所述制备的复合材料具有低的导热系数，在内部真空度为0. 04-10pa时，产品的 导热系数最低可达到0. 0045-0. 0056w/mk。
[0015] 所述的制备复合材料具有良好的老化效果，在40-90°C，60-90%RH下，老化10-60 天后仅增长了 〇? 0004-0. 0012w/mk。
[0016] 所述步骤（3)中快速搅拌方法制备均匀的复合材料的高速搅拌速度为 100_500rpm，揽样时间为 5_40min。
[0017] 所述的通过添加的纳米级炭黑的复合材料的比表面积为40-200m2/g。
[0018] 所述的复合材料利用无纺布预装、烘干、抽真空成型后可作为真空绝热板的芯材 使用。
[0019] 本发明是采用气相二氧化硅作为主体材料，辅以增强纤维，遮光剂，并通过改变添 加炭黑的含量来调整产品的导热性能，由于气相二氧化硅占复合材料的大部分，添加填料 较少而且价格低廉，适合批量化生产。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] 1)以气相二氧化硅作为基体材料，通过添加少量的增强纤维与遮光剂，通过干法 混料方法搅拌均匀，然后用无纺布装袋成型，这种方法制作简单，仪器设备常见，适合规模 化生产。
[0022] 2)在配料中加入纳米级炭黑，并通过调整炭黑含量，寻找最低的导热系数，具有片 层结构炭黑的加入可以降低辐射传热，提高隔热性能，同时，可以将复合材料的比表面积由 5-50m2/g增加到40-200m2/g，增强产品老化性能，提高使用寿命，在真空绝热板方面具有很 大的应用前景。
[0023] 3)在物理方法制备复合材料或其它相关科学领域具有很好的潜在的应用价值。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明复合材料添加的纳米级炭黑的扫描电镜照片；
[0025] 图2为本发明复合材料添加3 %的纳米炭黑的比表面积对比；
[0026] 图3为本发明复合材料添加炭黑与未添加炭黑的复合材料数据对比。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。
[0028] 实施例1
[0029] 称量80g气相二氧化硅于密闭式混料机中，开启搅拌机，并设定搅拌速度为 150rpm，称量15g直径为9ym，长度为9mm的聚醋短切丝于搅拌器中，搅拌lOmin，至两者混 合均勾。继续加入2g遮光剂，调整搅拌速度为300rpm，继续搅拌30min形成均勾的纳米复 合材料。用预先裁剪好一定规格的无纺布袋装入该复合材料，通过摊平、压制成型，最后通 过烘干及抽真空工艺形成真空绝热板。
[0030] 实施例2 :
[0031] 称量80g气相二氧化硅于密闭式混料机中，开启搅拌机，并设定搅拌速度为 150rpm，称量15g直径为9ym，长度为9mm的聚醋短切丝于搅拌器中，搅拌lOmin，至两者混 合均勾。继续加入2g遮光剂及Ig纳米炭黑，调整搅拌速度为300rpm，继续搅拌30min形成 均匀的纳米复合材料。用预先裁剪好一定规格的无纺布袋装入该复合材料，通过摊平、压制 成型，最后通过烘干及抽真空工艺形成真空绝热板。
[0032] 实施例3 :
[0033] 称量80g气相二氧化硅于密闭式混料机中，开启搅拌机，并设定搅拌速度为 150rpm，称量15g直径为9ym，长度为9mm的聚醋短切丝于搅拌器中，搅拌lOmin，至两者混 合均勾。继续加入2g遮光剂及3g纳米炭黑，调整搅拌速度为300rpm，继续搅拌30min形成 均匀的纳米复合材料。用预先裁剪好一定规格的无纺布袋装入该复合材料，通过摊平、压制 成型，最后通过烘干及抽真空工艺形成真空绝热板。
[0034] 实施例4 :
[0035] 称量80g气相二氧化硅于密闭式混料机中，开启搅拌机，并设定搅拌速度为 150rpm，称量15g直径为9ym，长度为9mm的聚醋短切丝于搅拌器中，搅拌lOmin，至两者混 合均勾。继续加入2g遮光剂及5g纳米炭黑，调整搅拌速度为300rpm，继续搅拌30min形成 均匀的纳米复合材料。用预先裁剪好一定规格的无纺布袋装入该复合材料，通过摊平、压制 成型，最后通过烘干及抽真空工艺形成真空绝热板。
[0036] 参考图1-3,本发明通过添加纳米炭黑来调整产品的导热性能，纳米级炭黑具有片 层结构可以有效的反射和吸收自然光，红外光，减少产品的辐射传热，从而降低材料的导热 系数，提高隔热性能；同时，纳米级炭黑具有非常大的比表面积（多500m2/g)，当将其加入 到复合材料中可以增加产品比表面积，从而可以吸收更多的气体，降低产品对内部气压的 敏感性，提高老化性能，增长使用寿命。
[0037] 表1为通过添加不同量纳米炭黑复合材料的导热系数表
[0038] 表 1
【主权项】
1. 一种气相二氧化娃、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 首先，称取50-100g气相二氧化硅及5-25g增强纤维放入密闭式混料机中，充分搅拌 均匀，其中增强纤维为：聚丙烯短切丝，聚酯短纤维，玻璃纤维短切丝其中一种或者几种混 合物； 2) 称量l_5g遮光剂加入步骤（1)中已搅拌均匀的物料中，其中遮光剂为：纳米氧化 锌、纳米氧化钛、纳米二氧化锆其中一种或者几种混合物； 3) 称量l_30g纳米级炭黑作为改性剂加入其中，在混料机中高速搅拌5-40min，形成分 散均匀的复合材料； 4) 用预先裁剪好的无纺布袋装入步骤（3)中搅拌好的复合材料，并通过抹平、压制成 型形成作为真空绝热板芯材的气相二氧化娃/纳米炭黑复合材料。
2. 根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特 征在于：所述气相二氧化娃的原生粒径为5-40nm。
3. 根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特 征在于：所述的增强纤维的长度为3-15_，直径为5-20 μ m。
4. 根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特 征在于：所述的高速搅拌速度为100-500rpm。
5. 根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特 征在于：所述的复合材料为白色、灰色或者灰白色中的一种。
6. 根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特 征在于：所述的复合材料的比表面积为40-200m 2/g。
7. 根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特 征在于：所述的复合材料的导热系数为0. 0045-0. 0056w/mk。
8. 根据权利要求1所述的一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，其特 征在于：所述的复合材料可作为芯材应用于真空绝热板中。
【专利摘要】一种气相二氧化硅、纳米级炭黑复合材料的制备方法，所制备的复合材料可用作真空绝热板的芯材。该复合材料以气相二氧化硅作为主要材料，通过添加短纤维、遮光剂等提高产品的抗压强度及隔热性能，采用机械高速混合的方法制备分散均匀的复合材料。并进步研究了纳米级炭黑作为添加剂对该复合材料的导热性能及老化效果的影响，通过调整纳米级炭黑的添加量，制备了多组产品，测试表明，当炭黑的添加量为3-15％时具有最佳的隔热性能，导热系数可达到0.0040-0.0048w/mk。本发明的积极效果是：制备过程简单，采用干法混合，使用原材料价格便宜易得，适合规模化生产；制备的产品性能优异稳定，老化性能好，可以降低在冰箱等家用电器应用能耗。
【IPC分类】C04B30-02, C01B33-18
【公开号】CN104556966
【申请号】CN201510058587
【发明人】夏冬星, 夏玉明
【申请人】滁州银兴电气有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月4日