一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：收集筛选粒径为53～104μm的木粉，干燥备用；将粒径为10～60nm的纳米二氧化硅颗粒进行干燥，再在室温下与木粉以(4～19)：1的质量比球磨混合均匀后得到木粉二氧化硅混合粉末；室温下，称取适量木粉二氧化硅混合粉末，采用冷压法压制成型得到饼状木粉二氧化硅复合多孔材料；将饼状木粉二氧化硅复合多孔材料放置于管式炉中，真空烧结碳化得到木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料。该方法能简化生产工艺，提高成品率，降低生产成本，减少对环境的污染；所得到的绝热材料可具有高孔隙率、低热导率、更强的抗热缩性能的优点。更强的抗热缩性能的优点。更强的抗热缩性能的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机非金属材料
，具体涉及一种二氧化硅复合绝热材料及其制备方法，特别涉及一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]多孔超级绝热材料是指具有高孔隙率且热导率极低的超级绝热材料。该材料具有低热导率、高孔隙率、低成本、工艺简单、耐高温等优点，是一种理想的隔热材料，对于提高能源利用率环节能源危机，促进经济发展具有重要使用价值。
[0003]目前，传统的粉体基多孔绝热材料为单独的粉体混合后压制成型，但是大多面临成型率低、高温收缩严重(10nm二氧化硅颗粒压片在750℃时体积收缩率可高达15％)、密度增大、孔隙率降低等问题，如果采用较大压力冷压成型提高成型率，较大的压力会导致密度增大，从而产生材料的热导率急剧升高等一系列降低材料性能的负面优化，从而损害材料的绝热性能。因此，大部分新型的多孔绝热材料会在粉体材料中添加一些纤维状材料来改善绝热材料的使用性能，但同样会面临材料密度增大以及粉体材料颗粒收缩导致孔隙率下降等问题，并且性能提升较好的纤维材料比较昂贵，这使得新型绝热材料的性价比大大降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料及其制备方法，该方法能够简化生产工艺，提高成品率，降低生产成本，减少对环境的污染；所制备得到的绝热材料可具有高孔隙率、低热导率、更强的抗热缩性能的优点，可提高中温环境下绝热材料的使用寿命和绝热性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)收集切削木材产生的木粉，经过筛选处理得到粒径为53～104μm的木粉，干燥备用；
[0007](2)将粒径为10～60nm的纳米二氧化硅颗粒进行干燥，然后在室温条件下与步骤(1)得到的木粉以(4～19)：1的质量比放入球磨机中，混合均匀后得到木粉二氧化硅混合粉末；
[0008](3)在室温条件下，称取适量的木粉二氧化硅混合粉末放入模具中，采用冷压法压制成型得到饼状木粉二氧化硅复合多孔材料；
[0009](4)将饼状木粉二氧化硅复合多孔材料放置于管式炉中，在温度为600～750℃的条件下进行真空烧结碳化180～300min，得到木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料。
[0010]优选的，步骤(1)中的木粉和步骤(2)中的纳米二氧化硅颗粒的干燥过程为：放入
真空干燥箱中于50～80℃的环境下干燥6～12h。
[0011]优选的，步骤(2)中，球磨机以80～180r/min的速度球磨180～360min。
[0012]优选的，步骤(3)中，压制压力为10Mpa，保压时间为60～120s。
[0013]优选的，步骤(4)中，管式炉的温升速度为5～10℃/min。
[0014]为了实现专利技术目的，本专利技术提还供了一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料的制备方法所制备的木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料。
[0015]本专利技术采用易获得且价格低廉的木质纤维作为增强纤维，经过碳化后，不仅可以增强力学性能、降低热缩性，而且木质纤维经过碳化后体积大幅缩小，制造了大量孔隙，降低材料整体密度的同时增强了绝热性能。同时木质纤维的价格十分低廉，因此，本专利技术制备得到的最终产品性价比极高。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所制备的木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料的导热系数为0.04342～0.0492Wm
‑1K
‑1，收缩率为6.1～11.36％，密度为0.3323～0.3778g
·
cm
‑3。由此可知，本专利技术所制备的纳米颗粒堆积床多孔绝热材料具有高孔隙率、低热导率、更强的抗热缩性能的优点，可提高中温环境下绝热材料的使用寿命和绝热性能。本专利技术利用了切削木材产生的木粉废弃物，并基于纳米二氧化硅粉末制备多孔绝热材料，具有低成本、工艺简单、环保、成品率高、可实现规模化生产等优点，并且通过木质纤维与颗粒复合结构，减小内部孔径，增强结构性能；与单粉体堆积多孔绝热材料相比，木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积多孔绝热材料具有更强的抗热缩性能，提高了中温环境下绝热材料的使用寿命和隔热性能。
附图说明
[0017]图1是实施例一所制得的绝热材料的SEM图，(a)10μm尺度，(b)20μm尺度，(c)50μm尺度；
[0018]图2是实施例二所制得的绝热材料的SEM图，(a)10μm尺度，(b)25μm尺度，(c)200μm尺度。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0020]实施例一
[0021]一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022](1)收集切削木材产生的木粉，经过筛选处理得到粒径大约为74μm的木粉，将木粉放入真空干燥箱中于50℃的环境下干燥6h，备用；
[0023](2)将粒径为10nm的纳米二氧化硅颗粒放入真空干燥箱中于50℃的环境下干燥6h，然后在室温条件下与步骤(1)得到的木粉以19：1的质量比放入球磨机中，球磨机以80r/min的速度球磨360min，混合均匀后得到木粉二氧化硅混合粉末；
[0024](3)在室温条件下，称取适量的木粉二氧化硅混合粉末放入模具中，采用冷压法压制成型得到饼状木粉二氧化硅复合多孔材料；压制压力为10Mpa，保压时间为60s；
[0025](4)将饼状木粉二氧化硅复合多孔材料放置于管式炉中，在温度为600℃的条件下
进行真空烧结碳化300min，管式炉的温升速度为10℃/min，得到木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料。
[0026]从图1(a)中可以清晰的看到样品内部存在木屑碳化后的碳物质；从图1(b)中可以看到添加的木屑被碳化后附着在多个二氧化硅堆积体上，增强了绝热材料的微观结构性能，并且制造了大量封闭孔，提高了绝热性能；从图1(c)中可以看到材料内部存在大量附着结构，可以增强材料整体的结构和绝热性能。本实施例所制得的木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料，相较纯二氧化硅绝热材料具有较低的热收缩率，有较长的中高温使用寿命，并且本实施例制得的绝热材料的热导率为0.04342W/(m
·
K)(比未添加木屑的纯二氧化硅绝热材料热导率下降16.67％)；收缩率为6.1％(比未添加木屑纯二氧化硅绝热材料收缩率下降13.47％)；密度为0.3323g
·
cm
‑3(与未烧结之前相比密度下降4％)。
[0027]实施例二
[0028]一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)收集切削木材产生的木粉，经过筛选处理得到粒径大约为74μm的木粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)收集切削木材产生的木粉，经过筛选处理得到粒径为53～104μm的木粉，干燥备用；(2)将粒径为10～60nm的纳米二氧化硅颗粒进行干燥，然后在室温条件下与步骤(1)得到的木粉以(4～19)：1的质量比放入球磨机中，混合均匀后得到木粉二氧化硅混合粉末；(3)在室温条件下，称取适量的木粉二氧化硅混合粉末放入模具中，采用冷压法压制成型得到饼状木粉二氧化硅复合多孔材料；(4)将饼状木粉二氧化硅复合多孔材料放置于管式炉中，在温度为600～750℃的条件下进行真空烧结碳化180～300min，得到木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料。2.根据权利要求1所述的一种木粉二氧化硅复合纳米颗粒堆积床多孔绝热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄丛亮，吕治国，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：