一种制备耐低度高温的高性能多层薄毡复合隔热材料的方法及由此制得的材料技术

本发明专利技术公开了一种制备耐低度高温的高性能多层薄毡复合隔热材料的方法及由此制得的材料。所述材料由多层薄毡、红外阻隔剂和气凝胶材料复合构成，并按照温区递减趋势，将不同纤维种类的薄毡进行组合，所述多层薄毡选自由低温区薄毡和更低温区薄毡组成的组。所述方法包括制备纤维浆料；制成湿坯后脱模；干燥湿坯以得到薄毡；将薄毡铺层成型；浸渍经过铺层的所述薄毡，使所述溶胶前驱体形成气凝胶，从而得到所述材料。所述材料还具有较好的成型性，便于制备不同型面和尺寸的产品，在航天飞行器、窑炉保温、极端环境的高效防隔热等领域具有重要的应用价值，尤其适合于在温度小于1000℃且大于或等于700℃的环境中使用。

【技术实现步骤摘要】
一种制备耐低度高温的高性能多层薄毡复合隔热材料的方法及由此制得的材料本申请是申请日为“2013年8月21日”、申请号为“201310364024.0”、专利技术名称为“一种高性能多层薄毡复合隔热材料及其制备方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及功能复合材料
，具体地说，本专利技术涉及一种高性能复合隔热材料及其制备方法。
技术介绍
气凝胶是由胶体粒子缩聚而成的一种轻质纳米多孔材料，具有连续的网络结构，由于其形成的孔隙尺寸小于空气分子的平均自由程(约70nm)，空气分子的热传导和热对流作用大幅度下降，同时纳米颗粒堆积成无限长的路径，也有效减弱了固体对热的传导作用，基于气凝胶材料对固态和气态传导的优良抑制作用，是目前已知热导率最低的一种固体材料。气凝胶材料密度小，网络骨架强度较差，不能单独作为隔热材料使用，采用基体增强技术将气凝胶颗粒复合到微米纤维毡中极大提高了气凝胶材料的力学性能，同时由于气凝胶材料填充到无机纤维毡的空隙中，抑制了纤维毡中空气分子的对流传热，有效提高了无机纤维毡对热的阻隔能力。热量传递以三种方式进行，传导传热、对流传热和辐射传热。在低温阶段，热交换以对流传热为主，而在高温阶段(温度≥400℃)，辐射传热将占主导地位，其传热量随温度的4次方增长，因此随着温度的升高，辐射传热所起的作用越来越大。为提高气凝胶复合材料的高温隔热能力，需添加红外阻隔剂抑制高温辐射传热，但太多红外阻隔剂会提高复合材料密度，从而增加固体传热速率，降低复合材料的隔热能力；而太少红外阻隔剂则很难有好的辐射传热抑制作用。本专利技术人发现，热量沿着隔热材料厚度方向递减，呈梯度分布。本专利技术人还发现，一种纤维制备成的薄毡只能在某一特定温区有最好的隔热性能。例如，对于在1000℃环境具有良好隔热性能的某一种薄毡，其在600℃的环境中的隔热性能未必良好。于是，本专利技术人按照温区递减趋势，将不同纤维种类的薄毡进行组合，可实现薄毡隔热性能的最优化，从而提高材料的隔热能力。针对高温环境的高效防隔热问题，本申请提供了一种高性能多层薄毡复合隔热材料，该材料是由无机纤维毡、红外阻隔剂和气凝胶材料复合构成，其中无机纤维毡起到基体增强作用，红外阻隔剂用于抑制辐射传热，气凝胶材料填充在纤维毡空隙，抑制气体传导和对流传热，并且作为纤维毡的粘结剂将多层纤维毡粘结在一起。可以通过调节纤维毡组成、厚度、铺层数和不同层数纤维毡红外阻隔剂粒径及含量来满足实际需求，实现多层薄毡复合隔热材料的高效防热功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能多层薄毡复合隔热材料及其制备方法。本专利技术人发现，针对不同热环境，通过调节多层薄毡组成及铺层顺序、选用适当的红外阻隔剂粒径及含量等参数，可以使该材料具有令人意外的性能，从而达到高效防隔热的目的。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：1.一种高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述高性能多层薄毡复合隔热材料由多层薄毡、红外阻隔剂和气凝胶材料复合构成。2.如技术方案1所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡由纤维制备，所述纤维为硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维、玻璃纤维、石英纤维、氧化锆纤维中的一种或任两种的组合。3、如技术方案2所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述的硅酸铝纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维、玻璃纤维、石英纤维的直径为1～7μm，长度为1～6mm；优选的是，所述硅酸铝纤维和石英纤维直径为1～3μm，长度为1～3mm；所述的莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维的直径为1～15μm，长度为1～6mm，优选的是，所述莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维的直径为1～10μm，长度为1～3mm。4、如技术方案1-3任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡的厚度为1-10mm，优选1mm、2mm、3mm、4mm或5mm；优选的是，所述薄毡的密度为0.05g/cm3-0.25g/cm3，优选为0.10g/cm3-0.15g/cm3。5、如技术方案1-4任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述红外阻隔剂选自由SiC、Cr2O3、CoO2、TiO2、Fe2O3、钛酸钾晶须或其中任意组分组合组成的组；优选的是，所述红外阻隔剂颗粒的粒径为100nm～100μm；另外优选的是，红外阻隔剂与所述薄毡的重量比为3％-60％。6、如技术方案1-5任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡为在温度≥1600℃的环境中使用的高温区薄毡，并且选用氧化锆纤维和/或氧化铝纤维，优选选用氧化锆纤维。7、如技术方案6所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡选用SiC、Cr2O3、CoO2、TiO2、Fe2O3、钛酸钾晶须或者其组合作为红外阻隔剂，并且所述红外阻隔剂的含量占薄毡重量的30％-60％，优选占40％-60％；8、如技术方案1-5任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡为在温度小于1600℃且大于或等于1000℃的环境中使用的中温区薄毡，并且选用硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维或其任意组合，优选选用硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维或其任意组合。9、如技术方案8所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡选用SiC、Cr2O3、CoO2、TiO2、Fe2O3、钛酸钾晶须或者其组合作为红外阻隔剂，并且所述红外阻隔剂的含量占所述薄毡重量的20％-50％，优选占20％-40％。10.如技术方案1-5任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡为在温度小于1000℃且大于或者等于700℃的环境中使用的低温区薄毡，并且选用高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维或其任意组合，优选选用高硅氧纤维和/或硅酸铝纤维。11、如技术方案10所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡选用SiC、Cr2O3、CoO2、TiO2、Fe2O3、钛酸钾晶须或者其组合作为红外阻隔剂，并且所述红外阻隔剂的含量占所述薄毡重量的15％-50％，优选占15％-35％。12.如技术方案1-5任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡为在温度小于700℃的环境中使用的更低温区薄毡，并且选用玻璃纤维、玄武岩纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维或其任意组合，优选选用硅酸铝纤维和/或玄武岩纤维。13、如技术方案12所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡选用SiC、Cr2O3、CoO2、TiO2、Fe2O3、钛酸钾晶须或者其组合作为红外阻隔剂，所述红外阻隔剂的含量占所述薄毡重量的3％-30％，优选占8％-15％。16、如技术方案1至5中任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡为在温度低于400℃区域的环境中使用的极低温区薄毡，并且所述薄毡中不添加任何红外阻隔剂。17、如技术方案1至16中任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述气凝胶材料选自由SiO2气凝胶、Al2O3气凝胶、ZrO2气凝胶、SiO2/Al2O3复合气凝胶、SiO2/ZrO2复合气凝胶、ZrO2/Al2O3复合气凝胶、炭气凝胶和陶瓷气凝胶组成的组。18、一种制备高性能多层薄毡复合隔热材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述高性能多层薄毡复合隔热材料由多层薄毡、红外阻隔剂和气凝胶材料复合构成，其中，所述高性能多层薄毡复合隔热材料按照温区递减趋势，将不同纤维种类的薄毡进行组合，并且所述高性能多层薄毡复合隔热材料通过包括如下步骤的方法制得：(1)以无机纤维和红外阻隔剂为原料制备纤维浆料；(2)将所述纤维浆料制成湿坯后脱模；(3)将脱模的所述湿坯干燥以得到薄毡；(4)将薄毡铺层至所需厚度，并置于气凝胶成型设备中；(5)将溶胶前驱体浸渍经过铺层的所述薄毡，通过超临界干燥方法使所述溶胶前驱体形成气凝胶，得到所述高性能多层薄毡复合隔热材料；其中，所述多层薄毡选自由低温区薄毡和更低温区薄毡组成的组；其中，所述低温区薄毡为在温度小于1000℃且大于或者等于700℃的环境中使用的薄毡，并且选用高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维或其任意组合来制备；其中，所述更低温区薄毡为在温度小于700℃的环境中使用的薄毡，并且选用玻璃纤维、玄武岩纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维或其任意组合来制备。

【技术特征摘要】
1.一种高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述高性能多层薄毡复合隔热材料由多层薄毡、红外阻隔剂和气凝胶材料复合构成，其中，所述高性能多层薄毡复合隔热材料按照温区递减趋势，将不同纤维种类的薄毡进行组合，并且所述高性能多层薄毡复合隔热材料通过包括如下步骤的方法制得：(1)以无机纤维和红外阻隔剂为原料制备纤维浆料；(2)将所述纤维浆料制成湿坯后脱模；(3)将脱模的所述湿坯干燥以得到薄毡；(4)将薄毡铺层至所需厚度，并置于气凝胶成型设备中；(5)将溶胶前驱体浸渍经过铺层的所述薄毡，通过超临界干燥方法使所述溶胶前驱体形成气凝胶，得到所述高性能多层薄毡复合隔热材料；其中，所述多层薄毡选自由低温区薄毡和更低温区薄毡组成的组；其中，所述低温区薄毡为在温度小于1000℃且大于或者等于700℃的环境中使用的薄毡，并且选用高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维或其任意组合来制备；其中，所述更低温区薄毡为在温度小于700℃的环境中使用的薄毡，并且选用玻璃纤维、玄武岩棉纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维或其任意组合来制备；所述气凝胶材料选自由SiO2气凝胶、Al2O3气凝胶、ZrO2气凝胶、SiO2/Al2O3复合气凝胶、SiO2/ZrO2复合气凝胶、ZrO2/Al2O3复合气凝胶、炭气凝胶和陶瓷气凝胶组成的组。2.如权利要求1所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述的硅酸铝纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维、玻璃纤维、石英纤维的直径为1～7μm，长度为1～6mm。3.如权利要求2所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述硅酸铝纤维和石英纤维的直径为1～3μm，长度为1～3mm。4.如权利要求1所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述的莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维的直径为1～15μm，长度为1～6mm。5.如权利要求4所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维的直径为1～10μm，长度为1～3mm。6.如权利要求1至5中任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡的厚度为1-10mm。7.如权利要求6所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡的厚度为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。8.如权利要求1至5中任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡的密度为0.05g/cm3-0.25g/cm3。9.如权利要求8所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡的密度为0.10g/cm3-0.15g/cm3。10.如权利要求1至5中任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述红外阻隔剂选自由SiC、Cr2O3、CoO2、TiO2、Fe2O3、钛酸钾晶须或其中任意组分组合组成的组。11.如权利要求1至5中任一项所述的高性能多层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凡，宋寒，刘斌，苏力军，詹万初，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11