一种抗冲击保温纳米材料及其制备方法与流程

本发明专利涉及纳米材料技术领域，具体为一种抗冲击保温纳米材料及其制备方法。

背景技术：

纳米sio2气凝胶是一种新型轻质多孔材料，具有低密度、高孔隙率、低热导率和高透光率、低折射率和低的声传播速度，是一种新型高效透光隔热保温和隔音材料。本产品具有高透光率和低热导率，特别适合用于太阳能光热低温平板热水器、中温平板集热器、建筑玻璃窗等既要求透光又要求高效保温的运用场所。

申请号为cn201610860053.x的专利公开了一种纳米sio2气凝胶的制备方法，本发明公开了一种纳米sio2气凝胶的制备方法，本发明通过层流等离子体发生装置产生层流等离子体射束，给经过处理的纳米sio2粒子进行加热，从而使得纳米sio2粒子蒸发、汽化，然后通过冷凝装置对纳米sio2粒子进行冷凝，其通过玻璃基板先进行镍磷合金薄膜层先进行沉积，再用沉积后的玻璃基板对已经分筛、干燥、蒸发、汽化、冷凝的纳米sio2粒子进行静电吸附。沉积后的玻璃基板对纳米sio2粒子的吸附均匀，形成的纳米sio2气凝胶无孔隙，质地均匀。将纳米sio2粒子的前处理和静电吸附基板处理相结合，从而提高大大提高了纳米sio2气凝胶的制备效率。

但是，该一种纳米sio2气凝胶的制备方法也存在很多的问题，影响正常使用，例如，其机械强度差、韧性差、易脆的缺点，限制了其直接作为绝热、保温材料应用于保温工程，而且现有的保温材料结构抗冲击性能差，很容易在使用过程中遭到损坏，使用寿命短，为此提出一种抗冲击保温纳米材料及其制备方法，来解决此问题。

发明专利内容

本发明专利的目的在于提供一种抗冲击保温纳米材料及其制备方法，解决了机械强度差、韧性差、易脆的缺点，限制了其直接作为绝热、保温材料应用于保温工程，而且现有的保温材料结构抗冲击性能差，很容易在使用过程中遭到损坏，使用寿命短的问题。

为实现上述目的，本发明专利提供如下技术方案：一种抗冲击保温纳米材料，包括支持基层，所述支持基层的顶部粘合有保温层，所述保温层的底部粘合有磷酸二氢铝，所述保温层的底部通过磷酸二氢铝与支持基层的顶部粘合，所述支持基层的底部粘合有保护层，所述保温层的顶部粘合有增强层，所述保护层的顶部通过磷酸二氢铝与支持基层的底部粘合，所述增强层的底部通过磷酸二氢铝与保温层的顶部粘合，所述保温层为改性sio2纳米气凝胶。

优选的，所述磷酸二氢铝为耐高温粘合剂层，所述磷酸二氢铝的厚度为一毫米。

优选的，所述支持基层为玻璃纤维棉，所述支持基层内部为多孔网状结构。

优选的，所述保护层和增强层材质一致，所述保护层和增强层均为耐磨层。

一种抗冲击保温纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：搅拌水解：将制备气凝胶的正硅酸乙酯、纳米sio2粒子、无水乙醇、去离子水、硅酸盐纤维和盐酸按摩尔比0.9：0.1；(8-15)；(3-9)；0.133；0.032混合，调节ph至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上，得到混合溶液；

步骤2：制得二氧化硅凝胶：在混合溶液中加入0.8mol/l氨水，添加量为所述混合溶液200-450ml添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；

步骤3：模具密封：先后使用乙醇、去离子水对玻璃纤维反复洗涤，并在120℃环境下干燥2小时，得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将玻璃纤维分层依次浸入模具中，将模具密封；

步骤4：制得sio2气凝胶：将密封后的模具放入35-45℃的水浴中，在10-15分钟内混合溶液开始凝胶，混合溶液凝胶后，凝胶继续水浴，然后使用硅醇盐和无水乙醇的混合液进行反复洗涤，接着将凝胶只使用乙醇浸泡20分钟，凝胶老化九个小时左右后，便制得sio2气凝胶，将制得的sio2气凝胶放入去离子水中洗涤，然后干燥12h，干燥环境60-120℃，即可得到改性sio2纳米气凝胶，改性sio2纳米气凝胶裁剪制成保温层；

步骤5：粘结：选取合适的支持基层、保温层、磷酸二氢铝、保护层和增强层，并裁剪到合适的尺寸，然后按照材料的层叠结构进行粘合。

优选的，所述在步骤1中，纳米sio2粒子需要使用筛网进行分筛，筛网的细度为80-120目。

优选的，所述在步骤1中，将纳米sio2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米sio2粒子进行蒸发、汽化。

优选的，所述在步骤3中，使用的玻璃纤维为长玻璃纤维，则使用玻璃纤维梳理机进行再处理，以增加纤维的表面积。

优选的，所述在步骤3中，玻璃纤维浸入模具时，玻璃纤维需要织成网状结构。

优选的，所述在步骤5中，支持基层、保温层、磷酸二氢铝、保护层和增强层粘合完成后使用压辊进行压紧贴合，并且每贴合一层便压合一次。

与现有技术相比，本发明专利的有益效果如下：

1、本发明专利在凝胶制备过程中加入硅酸盐纤维作为改性剂，可以增加材料的强度和韧性，以正硅酸乙酯为硅源，制备了硅酸铝纤维增强纳米孔超级绝热材料，所得绝热、保温材料具有一定的强度且可用于保温工程实际；

2、本发明专利结构简单，可以耐600℃以上高温，保证使用过程中保温材料质量不会下降，且抗冲击性能优良，从而延长材料的使用寿命，节约能源，提高使用性能，实用性强。

附图说明

图1为本发明专利结构正视示意图；

图2为本发明专利结构拆卸示意图；

图3为本发明专利操作流程图。

图中：1、支持基层；2、保温层；3、磷酸二氢铝；4、保护层；5、增强层。

具体实施方式

下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。

请参阅图1-3，一种抗冲击保温纳米材料，包括支持基层1，支持基层1的顶部粘合有保温层2，保温层2的底部粘合有磷酸二氢铝3，保温层2的底部通过磷酸二氢铝3与支持基层1的顶部粘合，支持基层1的底部粘合有保护层4，保温层2的顶部粘合有增强层5，保护层4的顶部通过磷酸二氢铝3与支持基层1的底部粘合，增强层5的底部通过磷酸二氢铝3与保温层2的顶部粘合，保温层2为改性sio2纳米气凝胶，结构简单，可以耐600℃以上高温，保证使用过程中保温材料质量不会下降，且抗冲击性能优良，从而延长材料的使用寿命，节约能源，提高使用性能，实用性强。

本实施例中，磷酸二氢铝3为耐高温粘合剂层，磷酸二氢铝3的厚度为一毫米，可以忍受高温，减少分层。

本实施例中，支持基层1为玻璃纤维棉，支持基层1内部为多孔网状结构，可以增强强度。

本实施例中，保护层4和增强层5材质一致，保护层4和增强层5均为耐磨层，可以增强材料的耐磨性。

一种抗冲击保温纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：搅拌水解：将制备气凝胶的正硅酸乙酯、纳米sio2粒子、无水乙醇、去离子水、硅酸盐纤维和盐酸按摩尔比0.9：0.1；(8-15)；(3-9)；0.133；0.032混合，调节ph至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上，得到混合溶液；

步骤2：制得二氧化硅凝胶：在混合溶液中加入0.8mol/l氨水，添加量为混合溶液200-450ml添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；

步骤3：模具密封：先后使用乙醇、去离子水对玻璃纤维反复洗涤，并在120℃环境下干燥2小时，得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将玻璃纤维分层依次浸入模具中，将模具密封；

步骤4：制得sio2气凝胶：将密封后的模具放入35-45℃的水浴中，在10-15分钟内混合溶液开始凝胶，混合溶液凝胶后，凝胶继续水浴，然后使用硅醇盐和无水乙醇的混合液进行反复洗涤，接着将凝胶只使用乙醇浸泡20分钟，凝胶老化九个小时左右后，便制得sio2气凝胶，将制得的sio2气凝胶放入去离子水中洗涤，然后干燥12h，干燥环境60-120℃，即可得到改性sio2纳米气凝胶，改性sio2纳米气凝胶裁剪制成保温层2；

步骤5：粘结：选取合适的支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5，并裁剪到合适的尺寸，然后按照材料的层叠结构进行粘合，在凝胶制备过程中加入硅酸盐纤维作为改性剂，可以增加材料的强度和韧性，以正硅酸乙酯为硅源，制备了硅酸铝纤维增强纳米孔超级绝热材料，所得绝热、保温材料具有一定的强度且可用于保温工程实际。

实施例一：

本实施例中，在步骤1中，纳米sio2粒子需要使用筛网进行分筛，筛网的细度为80-120目，保障纳米sio2粒子的融合性。

搅拌水解：将制备气凝胶的正硅酸乙酯、纳米sio2粒子、无水乙醇、去离子水、硅酸盐纤维和盐酸按摩尔比0.9：0.1；(8-15)；(3-9)；0.133；0.032混合，调节ph至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上，得到混合溶液；制得二氧化硅凝胶：在混合溶液中加入0.8mol/l氨水，添加量为混合溶液200-450ml添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；模具密封：先后使用乙醇、去离子水对玻璃纤维反复洗涤，并在120℃环境下干燥2小时，得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将玻璃纤维分层依次浸入模具中，将模具密封；制得sio2气凝胶：将密封后的模具放入35-45℃的水浴中，在10-15分钟内混合溶液开始凝胶，混合溶液凝胶后，凝胶继续水浴，然后使用硅醇盐和无水乙醇的混合液进行反复洗涤，接着将凝胶只使用乙醇浸泡20分钟，凝胶老化九个小时左右后，便制得sio2气凝胶，将制得的sio2气凝胶放入去离子水中洗涤，然后干燥12h，干燥环境60-120℃，即可得到改性sio2纳米气凝胶，改性sio2纳米气凝胶裁剪制成保温层2；粘结：选取合适的支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5，并裁剪到合适的尺寸，然后按照材料的层叠结构进行粘合。

实施例二：

本实施例中，在步骤1中，将纳米sio2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米sio2粒子进行蒸发、汽化，方便进行融合。

搅拌水解：将制备气凝胶的正硅酸乙酯、纳米sio2粒子、无水乙醇、去离子水、硅酸盐纤维和盐酸按摩尔比0.9：0.1；(8-15)；(3-9)；0.133；0.032混合，调节ph至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上，得到混合溶液；制得二氧化硅凝胶：在混合溶液中加入0.8mol/l氨水，添加量为混合溶液200-450ml添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；模具密封：先后使用乙醇、去离子水对玻璃纤维反复洗涤，并在120℃环境下干燥2小时，得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将玻璃纤维分层依次浸入模具中，将模具密封；制得sio2气凝胶：将密封后的模具放入35-45℃的水浴中，在10-15分钟内混合溶液开始凝胶，混合溶液凝胶后，凝胶继续水浴，然后使用硅醇盐和无水乙醇的混合液进行反复洗涤，接着将凝胶只使用乙醇浸泡20分钟，凝胶老化九个小时左右后，便制得sio2气凝胶，将制得的sio2气凝胶放入去离子水中洗涤，然后干燥12h，干燥环境60-120℃，即可得到改性sio2纳米气凝胶，改性sio2纳米气凝胶裁剪制成保温层2；粘结：选取合适的支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5，并裁剪到合适的尺寸，然后按照材料的层叠结构进行粘合。

实施例三：

本实施例中，在步骤3中，使用的玻璃纤维为长玻璃纤维，则使用玻璃纤维梳理机进行再处理，以增加纤维的表面积，增强确保材料的强度。

搅拌水解：将制备气凝胶的正硅酸乙酯、纳米sio2粒子、无水乙醇、去离子水、硅酸盐纤维和盐酸按摩尔比0.9：0.1；(8-15)；(3-9)；0.133；0.032混合，调节ph至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上，得到混合溶液；制得二氧化硅凝胶：在混合溶液中加入0.8mol/l氨水，添加量为混合溶液200-450ml添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；模具密封：先后使用乙醇、去离子水对玻璃纤维反复洗涤，并在120℃环境下干燥2小时，得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将玻璃纤维分层依次浸入模具中，将模具密封；制得sio2气凝胶：将密封后的模具放入35-45℃的水浴中，在10-15分钟内混合溶液开始凝胶，混合溶液凝胶后，凝胶继续水浴，然后使用硅醇盐和无水乙醇的混合液进行反复洗涤，接着将凝胶只使用乙醇浸泡20分钟，凝胶老化九个小时左右后，便制得sio2气凝胶，将制得的sio2气凝胶放入去离子水中洗涤，然后干燥12h，干燥环境60-120℃，即可得到改性sio2纳米气凝胶，改性sio2纳米气凝胶裁剪制成保温层2；粘结：选取合适的支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5，并裁剪到合适的尺寸，然后按照材料的层叠结构进行粘合。

实施例四：

本实施例中，在步骤3中，玻璃纤维浸入模具时，玻璃纤维需要织成网状结构，让材料的各个部位连接紧密。

搅拌水解：将制备气凝胶的正硅酸乙酯、纳米sio2粒子、无水乙醇、去离子水、硅酸盐纤维和盐酸按摩尔比0.9：0.1；(8-15)；(3-9)；0.133；0.032混合，调节ph至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上，得到混合溶液；制得二氧化硅凝胶：在混合溶液中加入0.8mol/l氨水，添加量为混合溶液200-450ml添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；模具密封：先后使用乙醇、去离子水对玻璃纤维反复洗涤，并在120℃环境下干燥2小时，得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将玻璃纤维分层依次浸入模具中，将模具密封；制得sio2气凝胶：将密封后的模具放入35-45℃的水浴中，在10-15分钟内混合溶液开始凝胶，混合溶液凝胶后，凝胶继续水浴，然后使用硅醇盐和无水乙醇的混合液进行反复洗涤，接着将凝胶只使用乙醇浸泡20分钟，凝胶老化九个小时左右后，便制得sio2气凝胶，将制得的sio2气凝胶放入去离子水中洗涤，然后干燥12h，干燥环境60-120℃，即可得到改性sio2纳米气凝胶，改性sio2纳米气凝胶裁剪制成保温层2；粘结：选取合适的支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5，并裁剪到合适的尺寸，然后按照材料的层叠结构进行粘合。

实施例五：

本实施例中，在步骤5中，支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5粘合完成后使用压辊进行压紧贴合，并且每贴合一层便压合一次，可以减少气泡，让各部分连接的更加紧密。

搅拌水解：将制备气凝胶的正硅酸乙酯、纳米sio2粒子、无水乙醇、去离子水、硅酸盐纤维和盐酸按摩尔比0.9：0.1；(8-15)；(3-9)；0.133；0.032混合，调节ph至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上，得到混合溶液；制得二氧化硅凝胶：在混合溶液中加入0.8mol/l氨水，添加量为混合溶液200-450ml添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；模具密封：先后使用乙醇、去离子水对玻璃纤维反复洗涤，并在120℃环境下干燥2小时，得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将玻璃纤维分层依次浸入模具中，将模具密封；制得sio2气凝胶：将密封后的模具放入35-45℃的水浴中，在10-15分钟内混合溶液开始凝胶，混合溶液凝胶后，凝胶继续水浴，然后使用硅醇盐和无水乙醇的混合液进行反复洗涤，接着将凝胶只使用乙醇浸泡20分钟，凝胶老化九个小时左右后，便制得sio2气凝胶，将制得的sio2气凝胶放入去离子水中洗涤，然后干燥12h，干燥环境60-120℃，即可得到改性sio2纳米气凝胶，改性sio2纳米气凝胶裁剪制成保温层2；粘结：选取合适的支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5，并裁剪到合适的尺寸，然后按照材料的层叠结构进行粘合。

工作原理：sio2气凝胶的改性在sio2气凝胶制备过程中加入硅酸盐纤维作为改性剂，可以增加材料的强度和韧性，最终制备出可以应用的有机无机复合绝热、保温sio2气凝胶，以正硅酸乙酯为硅源，制备了硅酸铝纤维增强纳米孔超级绝热材料，并对其性能进行测试，结果表明所得绝热、保温材料具有一定的强度且可用于保温工程实际，显示出广阔的应用前景，利用支持基层1、保温层2、磷酸二氢铝3、保护层4和增强层5的结构贴合增强了各层之间的连接强度，结构简单设计合理，可以耐600℃以上高温，保证使用过程中保温材料质量良好，且抗冲击性能良好，延长使用寿命，节约能源，提高使用性能，实用性强。

尽管已经示出和描述了本发明专利的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明专利的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。