专利名称：一种微纳米多孔复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种微纳米多孔复合材料及其制备方法。
背景技术：
多孔陶瓷具有低密度、高渗透性、良好的隔热性能、抗腐蚀、耐高温等优良性能，在环保能源、机械电子、石油化工、航空航天等领域有着广泛的应用。与孔径在微米级以上的常规多孔陶瓷相比，具有微纳米孔径的多孔陶瓷，因具有高比表面积、更优良的隔热性能和相同密度下更高的强度、以及其它微纳米孔径所赋予的特殊用途，近年来成为重要的研究开发热点。特别是具有高孔隙率(通常80%以上)、三维纳米孔网络的多孔材料(气凝胶)， 如氧化硅气凝胶、碳气凝胶，具有超级隔热、高效催化剂载体、传感器、吸附剂、低介电材料等所要求的许多方面的优异性能。在实际应用中，将微纳米多孔材料与纤维进行复合可以显著改善其强度或韧性不足的缺点，从而能更好地发挥它们的优异性能，达到工程应用对材料的综合性能要求。三维多孔陶瓷的制备方法主要可分为聚合物复型法(有机泡沫浸浆法)、直接发泡法、牺牲模板法、溶胶-凝胶法，在孔径尺寸的控制上，聚合物复型法可制备孔径 200 μ m 3mm (最新技术可低至10 μ m)、孔隙率在40% 95%的开孔多孔陶瓷；牺牲模板法可制备孔径Iym 700 μπκ孔隙率在20% 90%的多孔陶瓷；直接发泡法可制备孔径 10 μ m 1. 2mm、孔隙率在40% 97%的多孔陶瓷；而孔径在IOOnm以下的多孔材料如气凝胶材料、有序介孔材料主要采用溶胶-凝胶方法，而且与前三种方法不能或难以制备纤维复合的多孔陶瓷材料相比，溶胶-凝胶方法易于通过浸渍纤维制品进行复合。但是目前采用溶胶-凝胶方法来制备氧化硅、炭及聚合物气凝胶复合材料往往需要超临界干燥条件或者采用溶剂置换、表面改性等比较费时间或溶剂的工艺，而且对于孔径100 IOOOnm的多孔复合材料的可控制备，目前还没有成熟的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种微纳米多孔复合材料及其制备方法，弥补纯多孔材料强度及韧性不足的弊端。本发明提供的一种微纳米多孔复合材料的制备方法，包括如下步骤将有机硅聚合物、催化剂和溶剂进行混合得到胶液，将所述胶液与纤维进行混合或将所述胶液浸渗在纤维上得到胶液和纤维的复合物；将所述胶液和纤维的复合物进行加热固化成型得到纤维增强的凝胶固体；将所述纤维增强的凝胶固体升温至400°C -850°C进行热解得到所述微纳米多孔复合材料；所述有机硅聚合物为式(I)所示聚硅氧烷和有机硅树脂中至少一种；
权利要求
1. 一种微纳米多孔复合材料的制备方法，包括如下步骤将有机硅聚合物、催化剂和溶剂进行混合得到胶液，将所述胶液与纤维进行混合或将所述胶液浸渗在纤维上得到胶液和纤维的复合物；将所述胶液和纤维的复合物进行加热固化成型得到纤维增强的凝胶固体；将所述纤维增强的凝胶固体升温至400°C -850°C进行热解得到所述微纳米多孔复合材料；所述有机硅聚合物为式(I)所示聚硅氧烷和有机硅树脂中至少一种；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括在所述加热固化成型前向所述胶液中加入交联剂的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述交联剂为硅酸酯化合物、钛酸酯化合物和硼酸酯化合物中至少一种；所述交联剂的加入量为所述有机硅聚合物的质量的 0-10%，但不为0。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于所述方法还包括在所述加热固化成型前向所述胶液中加入无机填料的步骤；所述无机填料与所述有机硅聚合物的体积份数比为(0-0. 5) 1，但所述无机填料的加入量不为零；所述无机填料为硼粉、碳化硼、硼化钛、硼化锆、氮化硼、多晶硅、碳化硅、二氧化钛、二氧化硅、氮化硅、碳化钛、钛、铝、氧化铝、 莫来石、氧化锰、碳黑、石墨、膨胀石墨、碳纳米管、云母、蛭石粉、空心玻璃微珠、膨胀珍珠岩、海泡石、硅藻土、铁或其氧化物、钴或其氧化物、镍或其氧化物、铜或其氧化物和锌或其氧化物中至少一种。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于所述溶剂为二甲基硅油或二甲基硅氧烷环体；所述催化剂为钼催化剂、环烷酸盐、羧酸盐、胺类化合物、有机锡化合物和有机钛化合物中至少一种；所述催化剂的加入量为所述有机硅聚合物的质量的 0. 0001% -2% ；所述有机硅树脂为甲基硅树脂、乙烯基硅树脂或甲基乙烯基硅树脂。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于所述纤维为玻璃纤维、石英纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维和岩棉中至少一种；所述纤维与所述有机硅聚合物的质量份数比为(0.25-7) 1。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于所述固化成型的温度为 80°C -250°C，所述固化成型的时间为1小时小时；所述热解的保温时间为0. 5小时-6 小时，所述热解在惰性气氛下进行。
8.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于控制升温速率为0.250C -IO0C / 分钟将所述胶液和纤维复合物加热至所述固化成型的温度；控制升温速率为、0. 250C -IO0C /分钟将所述凝胶固体加热至所述热解的温度。
9.权利要求1-8中任一所述方法制备的微纳米多孔复合材料；所述微纳米多孔复合材料的孔隙率为20% -95%，孔径为Inm-IO μ m。
全文摘要
本发明提供了一种微纳米多孔复合材料的制备方法。该方法包括如下步骤将有机硅聚合物、催化剂和溶剂进行混合得到胶液，将所述胶液与纤维进行混合或浸渗在纤维上得到胶液和纤维复合物；将所述胶液和纤维复合物进行加热固化成型得到纤维增强的凝胶固体；将所述纤维增强的凝胶固体升温至400℃-850℃进行热解得到所述微纳米多孔复合材料；所述有机硅聚合物为式(I)所示聚硅氧烷和有机硅树脂中至少一种。本发明提供的方法可以制备从纳米至微米级的Si-C-O有机树脂基和半有机半无机多孔复合材料。
文档编号C08J9/28GK102417363SQ201110219570
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者吴纪全, 徐彩虹, 李永明, 王丁, 王秀军, 陈丽敏 申请人:中国科学院化学研究所