一种纤维增强结构型隔热复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及隔热材料技术领域，提供了一种纤维增强结构型隔热复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术制备纤维增强结构型隔热复合材料的原料包括硅溶胶、含锆硅微粉、熔融石英玻璃粉、玻璃纤维、活性抗泡剂、界面改性剂和纤维浸润剂，所得隔热复合材料具有优异的力学性能和隔热性能。本发明专利技术将各个原料混合后通过浇注、除泡、干燥和烧结即可得到纤维增强结构型隔热复合材料，制备方法简单，可以根据使用场所的不同选择合适的模具，从而得到所需尺寸的隔热复合材料，有助于降低成本；而且，所得隔热复合材料中玻璃纤维的排布方向为各向异性，各向异性的纤维结构在不同的方向都可以为材料提供韧性，从而提高隔热复合材料的力学性能。从而提高隔热复合材料的力学性能。从而提高隔热复合材料的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强结构型隔热复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及隔热材料
，尤其涉及一种纤维增强结构型隔热复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]纤维增强结构型隔热复合材料是指具有绝热性能、对热流可起显著阻抗作用的复合材料，其自身具有低密度、高强度和低热导率的特点。目前，全球热工设备的高温热效率为50％左右，传统热工设备的内衬通常采用重质耐火材料，由于重质耐火材料的热导率较高，其内部空气热传导、热对流现象明显，是导致设备热损耗的重要原因之一。
[0003]目前，按照纤维材质的不同，可将纤维增强结构型隔热复合材料分为三种：莫来石纤维增强结构型隔热复合材料、高硅氧纤维增强结构型隔热复合材料、玻璃纤维增强结构型隔热复合材料。莫来石纤维耐高温性能好，是复合材料常用的增强纤维，但由于其高温热导率较高，所制备的复合材料使用温度有限。氧化锆纤维虽然本身具有耐高温、低热导率的性能，但氧化锆纤维呈四方结晶相，稳定性好，与溶胶的相容性不强，同时稳定的氧化锆纤维没有官能团，仅通过机械搅拌很难均匀分散。相比莫来石纤维和氧化锆纤维，玻璃纤维具有低成本、高强度、低热导率、耐温性能好、容易分散的特点，从而更能实现隔热的效果。
[0004]在本领域中，传统的隔热材料多利用增加气孔数量来获得相对较低的热导率，例如玻璃纤维增韧SiO2气凝胶复合材料；但是，较高的气孔率会降低了隔热材料的力学性能，从而限制了隔热材料的应用。因此，如何在获得较低热导率的同时保证隔热材料的力学性能，在本领域中至关重要。
专利
技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种纤维增强结构型隔热复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的纤维增强结构型隔热复合材料具有低热导率、高强度的特点。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种纤维增强结构型隔热复合材料，包括以下质量分数的原料：硅溶胶25～30％，含锆硅微粉10～60％，熔融石英玻璃粉5～50％，玻璃纤维5～10％，活性抗泡剂0.5～2％，界面改性剂0.5～2％，纤维浸润剂0.1～1％；所述活性抗泡剂为N,N
‑
二乙基乙醇胺；所述界面改性剂为乙撑双硬脂酰胺。
[0008]优选的，所述硅溶胶中SiO2的质量分数为10～30％；所述含锆硅微粉中SiO2的质量分数为76～96％；所述熔融石英玻璃粉中SiO2的质量分数为89.8～99.2％。
[0009]优选的，以质量分数计，所述硅溶胶的成分为：SiO210～30％，Na2O≤0.3％，余量为水分；
[0010]以质量分数计，所述含锆硅微粉的成分为：SiO286～96％，ZrO2+HfO24～6％，Al2O30.2～0.4％，Fe2O30.3～0.7％，TiO20～0.1％，余量为杂质。
[0011]优选的，所述玻璃纤维中SiO2的质量分数为89.8～99.2％；所述玻璃纤维的单丝
直径为7～8μm，长度为0.9～1mm。
[0012]优选的，所述纤维浸润剂为硅烷偶联剂。
[0013]优选的，所述纤维增强结构型隔热复合材料的体积密度大于等于1.3g/cm3，抗压强度大于等于10MPa，热导率小于等于0.496W/m
·
K。
[0014]本专利技术还提供了上述方案所述纤维增强结构型隔热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将玻璃纤维在纤维浸润剂中浸润改性，得到改性玻璃纤维；
[0016]将硅溶胶、含锆硅微粉、熔融石英玻璃粉、改性玻璃纤维、活性抗泡剂和界面改性剂混合，得到混合浆料；
[0017]将所述混合浆料浇注到模具中，除泡后依次进行干燥和烧结，得到纤维增强结构型隔热复合材料。
[0018]优选的，所述烧结的温度为400～1000℃，时间为100～200min。
[0019]优选的，所述除泡包括真空除泡和振动除泡；以依次进行一次真空除泡和一次振动除泡为除泡一次，所述除泡的次数为2～3次。
[0020]本专利技术还提供了上述方案所述的纤维增强结构型隔热复合材料或上述方案所述制备方法制备的纤维增强结构型隔热复合材料在热工设备中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种纤维增强结构型隔热复合材料，包括以下质量分数的原料：硅溶胶25～30％，含锆硅微粉10～60％，熔融石英玻璃粉5～50％，玻璃纤维5～10％，活性抗泡剂0.5～2％，界面改性剂0.5～2％，纤维浸润剂0.1～1％；所述活性抗泡剂为N,N
‑
二乙基乙醇胺；所述界面改性剂为乙撑双硬脂酰胺。本专利技术提供的隔热复合材料的制备原料包括四种原料(硅溶胶、含锆硅微粉、熔融石英玻璃粉和玻璃纤维)和三种添加剂(活性抗泡剂、界面改性剂和纤维浸润剂)，所得隔热复合材料具有优异的力学性能和隔热性能；其中，含锆硅微粉由于粒径较小用于填充孔隙；熔融石英玻璃粉的添加有利于基质间以及基质与纤维间的结合，从而提高隔热复合材料的力学性能；玻璃纤维与基质粉料在隔热复合材料内部发挥协同作用，不同粒径的含锆硅微粉和熔融石英粉在堆积时存在微孔与微裂纹，这使得隔热复合材料在受到载荷时裂纹的扩展更加困难，产生微裂纹增韧，从而提高隔热复合材料的力学性能；界面改性剂能使浆料获得合适的pH值(9.5～10)和粘度，使纤维更好的分散均匀，从而提高隔热复合材料的隔热性能和力学性能；活性抗泡剂利用溶剂将N,N
‑
二乙基乙醇胺携带，加入到带有气泡的溶液内时N,N
‑
二乙基乙醇胺会逐步凝聚成微滴，在此过程中带走了气泡，有助于将浆料在搅拌的过程中产生的气泡排出，进一步减少材料内部缺陷，提高材料的各项性能指标。
[0022]本专利技术还提供了上述方案所述纤维增强结构型隔热复合材料的制备方法，本专利技术首先将玻璃纤维用纤维浸润剂进行改性，再将改性玻璃纤维与其他原料混合，得到混合浆料，混合浆料通过浇注、除泡、干燥和烧结即可得到纤维增强结构型隔热复合材料，制备方法简单，成本低；并且本专利技术可以根据使用场所的不同选择合适的模具，从而得到所需尺寸的隔热复合材料，有助于进一步降低成本；而且，本专利技术将原料直接混合，所得混合浆料中玻璃纤维的排布方向为各向异性，各向异性的纤维结构在不同的方向都可以为材料在断裂的过程中提供韧性，从而提高隔热复合材料的力学性能。
附图说明
[0023]图1为实施例1～5制备的纤维增强结构型隔热复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种纤维增强结构型隔热复合材料，包括以下质量分数的原料：硅溶胶25～30％，含锆硅微粉10～60％，熔融石英玻璃粉5～50％，玻璃纤维5～10％，活性抗泡剂0.5～2％，界面改性剂0.5～2％，纤维浸润剂0.1～1％；所述活性抗泡剂为N,N
‑
二乙基乙醇胺；所述界面改性剂为乙撑双硬脂酰胺。
[0025]如无特殊说明，本专利技术采用的各个原料均为市售。
[0026]以质量分数计，本专利技术提供的纤维增强结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强结构型隔热复合材料，其特征在于，包括以下质量分数的原料：硅溶胶25～30％，含锆硅微粉10～60％，熔融石英玻璃粉5～50％，玻璃纤维5～10％，活性抗泡剂0.5～2％，界面改性剂0.5～2％，纤维浸润剂0.1～1％；所述活性抗泡剂为N,N
‑
二乙基乙醇胺；所述界面改性剂为乙撑双硬脂酰胺。2.根据权利要求1所述的纤维增强结构型隔热复合材料，其特征在于，所述硅溶胶中SiO2的质量分数为10～30％；所述含锆硅微粉中SiO2的质量分数为76～96％；所述熔融石英玻璃粉中SiO2的质量分数为89.8～99.2％。3.根据权利要求1所述的纤维增强结构型隔热复合材料，其特征在于，以质量分数计，所述硅溶胶的成分为：SiO210～30％，Na2O≤0.3％，余量为水分；以质量分数计，所述含锆硅微粉的成分为：SiO286～96％，ZrO2+HfO24～6％，Al2O30.2～0.4％，Fe2O30.3～0.7％，TiO20～0.1％，余量为杂质。4.根据权利要求1所述的纤维增强结构型隔热复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维中SiO2的质量分数为89.8～99.2％；所述玻璃纤维的单丝直径为7～8μm，长度为0.9～1mm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁冬海，张立，肖国庆，段锋，侯晨，
申请(专利权)人：广东奔朗新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：