一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料，包括氣凝膠基體和亞微米無機(jī)晶須，所述氣凝膠基體填充于亞微米無機(jī)晶須間，所述亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明還提出一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，采用低成本常壓干燥工藝，代替氣凝膠制備中通常采用的高成本超臨界干燥技術(shù)，顯著降低了氣凝膠隔熱材料的生產(chǎn)成本，可實現(xiàn)亞微米無機(jī)晶須氣凝膠復(fù)合材料的規(guī)模化和流線化生產(chǎn)。
【專利說明】一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隔熱材料領(lǐng)域，特別涉及一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隔熱保溫材料能有效降低熱損失，廣泛用于建筑、工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。氣凝膠是目前保溫性能最好的固體材料。氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互交聯(lián)構(gòu)成，具有納米多孔空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，比表面積高達(dá)500?1200m2.g_l、孔隙率可達(dá)99.8%，其孔隙尺寸約為10?lOOnm，這種納米空間結(jié)構(gòu)、高比面積孔隙率及其納米尺度孔徑，使其有優(yōu)異的隔熱保溫性能。但氣凝膠的多孔骨架強(qiáng)度低、韌性小、力學(xué)性能差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，限制了氣凝膠的實際應(yīng)用，改善氣凝膠力學(xué)性能成為促進(jìn)氣凝膠材料發(fā)展和應(yīng)用的重要途徑。
[0003]以纖維、晶須等作為增強(qiáng)體制備氣凝膠復(fù)合材料是改善氣凝膠力學(xué)性能的有效措施。國內(nèi)外大量文獻(xiàn)報道了把無機(jī)纖維或晶須用于增強(qiáng)氣凝膠的工作，無機(jī)纖維有效改善了氣凝膠材料的強(qiáng)度，由于無機(jī)纖維耐溫性較好，且對高溫輻射有一定的遮擋效果，可用于高溫環(huán)境下的隔熱。但目前采用的無機(jī)纖維直徑較大，如玻璃纖維直徑為5?25 μ m，陶瓷纖維直徑約2?5ym，硬硅鈣石纖維直徑較小但分布很寬，從幾微米到幾十納米；專利CN1772712A公開了一種采用硅酸鋁纖維/六鈦酸鉀晶須增強(qiáng)氣凝膠的制備方法，其使用的硅酸鋁纖維直徑為2?4 μ m，六鈦酸鉀晶須直徑為2?4 μπι，專利CN 101973752Α公開了一種采用玻璃纖維增強(qiáng)二氧化硅氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法，其使用的玻璃纖維的直徑為3?8 ym專利CN 102503356A公開了一種定向纖維氣凝膠隔熱復(fù)合材料及其制備方法，其使用的纖維直徑為10?50 μπι?，F(xiàn)有纖維或晶須增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料的文獻(xiàn)或報道中，采用的纖維直徑約為幾微米或幾十微米，而晶須直徑為I?10um，增強(qiáng)纖維或晶須的直徑屬于微米級，與氣凝膠顆粒及孔隙的尺度有較大的差別(如氣凝膠顆粒尺寸約為幾納米，而氣凝膠孔隙尺寸約為5?50納米)，使得增強(qiáng)纖維或晶須與氣凝膠在結(jié)合界面上存在較大的表面張力差，易產(chǎn)生開裂等問題，影響了氣凝膠的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0004]最近專利CN 103102135A公開了一種靜電紡微納米纖維增強(qiáng)的氣凝膠柔性絕熱材料及其制備方法，把靜電紡得到的微納米尺度(約20?500nm)聚合物纖維增強(qiáng)氣凝膠，獲得了良好的柔性和力學(xué)性能，但由于聚合物耐高溫和防火性能差，不能用于高溫環(huán)境下的隔熱保溫，且在常溫下應(yīng)用時存在易燃、安全性差等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料，克服了現(xiàn)有技術(shù)中氣凝膠的多孔骨架強(qiáng)度低、韌性小、力學(xué)性能差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的特性。
[0006]本發(fā)明還提出了一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中氣凝膠的制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高的缺陷。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料，包括氣凝膠基體和亞微米無機(jī)晶須，所述氣凝膠基體填充于亞微米無機(jī)晶須間，氣凝膠基體與亞微米無機(jī)晶須的質(zhì)量比是1:0.05?1.5。
[0008]所述亞微米無機(jī)晶須，其直徑為10nm?I μπι、長徑比為10?10000。
[0009]優(yōu)選的，所述亞微米無機(jī)晶須為SiC亞微米晶須、六鈦酸鉀亞微米晶須、硫酸鈣亞微米晶須、Si3N4亞微米晶須、氧化鎂亞微米晶須中的一種或者多種。
[0010]優(yōu)選的，所述氣凝膠基體為二氧化硅氣凝膠。
[0011]優(yōu)選的，所述氣凝膠基體為金屬醇鹽氣凝膠、碳?xì)饽z、粘土氣凝膠中的一種或者多種。
[0012]優(yōu)選的，述氣凝膠基體為二氧化硅氣凝膠、金屬醇鹽氣凝膠、碳?xì)饽z、粘土氣凝膠中的多種。
[0013]一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)將表面改性劑和亞微米無機(jī)晶須加入無水乙醇中，在溫度為50?80°C，攪拌速度為500?1000轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.5?I小時，然后放入80?120°C的干燥箱中8?24小時，得到改性后的亞微米無機(jī)晶須；
[0015](2)將硅醇鹽加入醇溶劑中，在溫度為30?60°C，攪拌速度為200?800轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和酸，使其PH值在3?4之間，得到混合溶液A，所述硅醇鹽、醇溶劑、水、酸的比例以摩爾比計為1:5?40:2?10:1X 10_5?5X 10 ^將所述混合溶液A在溫度為30?80°C下靜置0.1?24小時，之后在溫度為30?60°C，攪拌速度為200?800轉(zhuǎn)/分的條件下，加入干燥控制添加劑，攪拌3?5分鐘之后加入堿性催化劑，攪拌10?30分鐘，得到反應(yīng)液A，硅醇鹽、干燥控制添加劑、堿性催化劑的摩爾比為1:0.25?0.5:1Χ1(Γ3?5X10'
[0016](3)將改性后的亞微米無機(jī)晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為300?1000轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌10?60分鐘，得到亞微米無機(jī)晶須/S12溶膠，然后在溫度為30?60°C的條件下，靜置0.5?48小時，得到亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠；將亞微米無機(jī)晶須/S1 2凝膠放入體積比為1:3?10的水/醇溶劑的混合液中，在溫度為30?60°C下反應(yīng)4?48小時；
[0017](4)將表面張力小的溶液與疏水試劑以及醇溶劑按體積比10?100:1?10:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的亞微米無機(jī)晶須/sicyi膠放入所述改性液中，在溫度為30?60°C下，改性6?48小時；
[0018](5)將步驟(4)得到的亞微米無機(jī)晶須/SiCVl膠放入表面張力小的溶液中，在溫度為30?60°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為2?4次，每次浸泡時間為0.5?4小時；再把亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠放入干燥箱中，在溫度為50?90°C下干燥12?24小時，得到亞微米無機(jī)晶須/3丨02氣凝膠。
[0019]優(yōu)選的，所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0020](I)將表面改性劑和亞微米無機(jī)晶須加入無水乙醇中，在溫度為50?60°C，攪拌速度為500?800轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.5?I小時，然后放入80?100°C的干燥箱中8?10小時，得到改性后的亞微米無機(jī)晶須；
[0021](2)將硅醇鹽加入醇溶劑中，在溫度為30?40°C，攪拌速度為200?800轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和酸，使其PH值在3?4之間，得到混合溶液A，所述硅醇鹽、醇溶劑、水、酸的比例以摩爾比計為1:5?40:2?10:1父10_5?5\10_5;將所述混合溶液4在溫度為30?50°C下靜置0.1?12小時，之后在溫度為30?50°C，攪拌速度為50?600轉(zhuǎn)/分的條件下，加入干燥控制添加劑，攪拌3?5分鐘之后加入堿性催化劑，攪拌10?20分鐘，得到反應(yīng)液A，硅醇鹽、干燥控制添加劑、堿性催化劑的摩爾比為1:0.25?0.5:1X10_3?5Χ1(Γ3;
[0022](3)將改性后的亞微米無機(jī)晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為300?1000轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌10?30分鐘，得到亞微米無機(jī)晶須/S12溶膠，然后在溫度為30?40°C的條件下，靜置0.5?12小時，得到亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠；將亞微米無機(jī)晶須/S1 2凝膠放入體積比為1:3?10的水/醇溶劑的混合液中，在溫度為30?50°C下反應(yīng)4?12小時；
[0023](4)將表面張力小的溶液與疏水試劑以及醇溶劑按體積比10?100:1?10:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的亞微米無機(jī)晶須/sicyi膠放入所述改性液中，在溫度為30?50°C下，改性6?18小時；
[0024](5)將步驟(4)得到的亞微米無機(jī)晶須/SiCVl膠放入表面張力小的溶液中，在溫度為30?40°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為2?4次，每次浸泡時間為0.5?4小時；再把亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠放入干燥箱中，在溫度為50?60°C下干燥12?20小時，得到亞微米無機(jī)晶須/3丨02氣凝膠。
[0025]優(yōu)選的，所述表面改性劑為硬脂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫-80、司盤、鋁酸酯偶聯(lián)劑中一種或者幾種復(fù)配；所述醇溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇中的一種或多種。
[0026]優(yōu)選的，所述硅醇鹽為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸丙酯、水玻璃、硅藻土、稻殼灰中的一種或多種；所述酸為鹽酸、草酸、硫酸、氫氟酸、醋酸中的一種或多種。
[0027]優(yōu)選的，所述干燥控制添加劑為甲酰胺、乙酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)、丙三醇中的一種或者多種；所述堿性催化劑為氨水、氫氧化鈉、氟化銨中的一種或多種；所述表面張力小的溶液為正己烷、正庚烷、丙酮中的一種或多種。
[0028]優(yōu)選的，所述疏水試劑為三甲基氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基二丁基硅烷、三甲基二乙氧基硅烷中的一種或多種；所述水為去離子水、蒸餾水、純凈水中的一種或多種。
[0029]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:該發(fā)明以硅醇鹽、醇溶劑為原料，首先利用水解、縮聚制得硅溶膠；然后在一定溫度下利用表面活性劑對亞微米無機(jī)晶須進(jìn)行處理得到與硅溶膠分散良好的亞微米無機(jī)晶須，再加入硅溶膠進(jìn)行復(fù)合；經(jīng)老化、一步法表面改性和溶劑置換，通過常壓干燥制備亞微米無機(jī)晶須氣凝膠復(fù)合材料。
[0030]該類復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.01?0.03W/(m.K)，SiC亞微米晶須氣凝膠可耐2500°C溫度，六鈦酸鉀亞微米晶須氣凝膠可耐1000 °C溫度，硫酸鈣亞微米晶須可耐1200 °C溫度，Si3N4亞微米晶須氣凝膠可耐1500°C溫度，氧化鎂亞微米晶須氣凝膠可耐2500°C溫度，具有良好的隔熱和耐高溫性能；復(fù)合材料成塊好，抗壓強(qiáng)度8.5MPa，具有良好的力學(xué)性會K。
[0031](I)采用亞微米尺度無機(jī)晶須，其直徑為10nm?I μπι、長徑比為10?10000，利用亞微米尺度無機(jī)晶須與氣凝膠基體(即顆粒和孔隙)尺度更為接近，顯著減小了增強(qiáng)體與氣凝膠在界面上的表面張力差，改善了增強(qiáng)體與氣凝膠的結(jié)合效果，從而使亞微米晶須氣凝膠復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0032](2)通過亞微米尺度無機(jī)晶須的單晶結(jié)構(gòu)，原子排列高度有序尤其強(qiáng)度接近于完整晶體的理論值，具有高強(qiáng)度、高模量和高伸長率，強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他短切纖維，作為增強(qiáng)體可顯著提高復(fù)合材料強(qiáng)度。
[0033](3)利用亞微米尺度無機(jī)晶須的耐高溫，亞微米無機(jī)晶須氣凝膠可用于高溫環(huán)境下的隔熱保溫，且在常溫下應(yīng)用時耐火和安全性能好。
[0034](4)采用低成本常壓干燥工藝，代替氣凝膠制備中通常采用的高成本超臨界干燥技術(shù)，顯著降低了氣凝膠隔熱材料的生產(chǎn)成本，可實現(xiàn)亞微米無機(jī)晶須氣凝膠復(fù)合材料的規(guī)?；土骶€化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1為本發(fā)明一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0037]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0038]實施例1
[0039]根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，發(fā)明人制得SiC亞微米晶須/S12氣凝膠，具體步驟如下:
[0040](I)將硬脂酸和SiC亞微米晶須加入無水乙醇中，在溫度為50°C，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.5小時，然后放入80°C的干燥箱中8小時，得到改性后的SiC亞微米晶須；
[0041](2)將正硅酸乙酯加入無水乙醇中，在溫度為30°C，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和鹽酸，使其PH值在3之間，得到混合溶液A，所述正硅酸乙酯、無水乙醇、水、鹽酸的比例以摩爾比計為1:5:2:1X10_5;將所述混合溶液A在溫度為30°C下靜置0.1小時，之后在溫度為30°C，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分的條件下，加入DMF,攪拌3分鐘之后加入氨水，攪拌10分鐘，得到反應(yīng)液A，所述正硅酸乙酯、DMF、氨水的摩爾比為1:
0.35::3.57X10-3；
[0042](3)將改性后的SiC亞微米晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌10分鐘，得到SiC亞微米晶須/S12溶膠，然后在溫度為30°C的條件下，靜置0.5小時，得到SiC亞微米晶須/S12凝膠；將SiC亞微米晶須/S12凝膠放入體積比為1:3的水/無水乙醇的混合液中，在溫度為30°C下反應(yīng)4小時；
[0043](4)將正己烷與三甲基氯硅烷以及無水乙醇按體積比10:1:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的SiC亞微米晶須/SiCVl膠放入所述改性液中，在溫度為30°C下，改性6小時；
[0044](5)將步驟(4)得到的SiC亞微米晶須/S12凝膠放入正己烷中，在溫度為30°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為2次，每次浸泡時間為4小時；再把SiC亞微米晶須/SiCVl膠放入干燥箱中，在溫度為50°C下干燥24小時，得到SiC亞微米晶須/3丨02氣凝膠。
[0045]實施例2
[0046]根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，發(fā)明人制得六鈦酸鉀亞微米晶須/S12氣凝膠，具體步驟如下:
[0047](I)將十二烷基硫酸鈉和六鈦酸鉀亞微米晶須加入無水甲醇中，在溫度為80°C，攪拌速度為1000轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌I小時，然后放入120°C的干燥箱中24小時，得到改性后的六鈦酸鉀亞微米晶須；
[0048](2)將水玻璃加入無水甲醇中，在溫度為60°C，攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和草酸，使其PH值在4之間，得到混合溶液A，所述水玻璃、無水甲醇、水、草酸的比例以摩爾比計為1:40:10:5X10_5;將所述混合溶液A在溫度為80°C下靜置24小時，之后在溫度為60°C，攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分的條件下，加入甲酰胺，攪拌3分鐘之后加入氫氧化鈉，攪拌20分鐘，得到反應(yīng)液A，水玻璃、甲酰胺、氫氧化鈉的摩爾比為1:0.25:5Χ1(Γ3;
[0049](3)將改性后的六鈦酸鉀亞微米晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為1000轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌60分鐘，得到六鈦酸鉀亞微米晶須/S12溶膠，然后在溫度為60°C的條件下，靜置48小時，得到六鈦酸鉀亞微米晶須/S12凝膠；將六鈦酸鉀亞微米晶須/S1^l膠放入體積比為1:10的水/醇溶劑的混合液中，在溫度為60°C下反應(yīng)48小時；
[0050](4)將正庚烷與二甲基二甲氧基硅烷以及無水甲醇按體積比100:10:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的六鈦酸鉀亞微米晶須/sicyi膠放入所述改性液中，在溫度為60 °C下，改性48小時；
[0051](5)將步驟(4)得到的六鈦酸鉀亞微米晶須/S12凝膠放入正庚烷中，在溫度為60°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為4次，每次浸泡時間為0.5小時；再把六鈦酸鉀亞微米晶須/S12凝膠放入干燥箱中，在溫度為90°C下干燥12小時，得到六鈦酸鉀亞微米晶須/S1 2氣凝膠。
[0052]實施例3
[0053]根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，發(fā)明人制得硫酸鈣亞微米晶須/S12氣凝膠，具體步驟如下:
[0054](I)將吐溫-80和硫酸鈣亞微米晶須加入無水異丙醇中，在溫度為60°C，攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.8小時，然后放入100°C的干燥箱中12小時，得到改性后的硫酸鈣亞微米晶須；
[0055](2)將娃藻土加入無水異丙醇中，在溫度為50°C，攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和硫酸，使其PH值在3.5之間，得到混合溶液A，所述硅藻土、無水異丙醇、水、硫酸的比例以摩爾比計為1:20:8:3X10_5;將所述混合溶液A在溫度為60°C下靜置12小時，之后在溫度為50°C，攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分的條件下，加入乙酰胺，攪拌3分鐘之后加入氟化銨，攪拌20分鐘，得到反應(yīng)液A，硅藻土、乙酰胺、氟化銨的摩爾比為1:0.5:3X10_3;
[0056](3)將改性后的硫酸鈣亞微米晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為700轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌40分鐘，得到硫酸鈣亞微米晶須/S12溶膠，然后在溫度為40°C的條件下，靜置12小時，得到硫酸鈣亞微米晶須/S12凝膠；將硫酸鈣亞微米晶須/S1 2凝膠放入體積比為1:6的水/無水異丙醇的混合液中，在溫度為50°C下反應(yīng)12小時；
[0057](4)將正己烷與乙基二丁基硅烷以及無水異丙醇按體積比50:5:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的硫酸鈣亞微米晶須/SiCVl膠放入所述改性液中，在溫度為50°C下，改性12小時；
[0058](5)將步驟(4)得到的硫酸鈣亞微米晶須/S12凝膠放入正己烷中，在溫度為40°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為3次，每次浸泡時間為2小時；再把硫酸鈣亞微米晶須/SiCVl膠放入干燥箱中，在溫度為70°C下干燥18小時，得到硫酸鈣亞微米晶須/S12氣凝膠3。
[0059]實施例4
[0060]根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，發(fā)明人制得Si3N4亞微米晶須/S12氣凝膠，具體步驟如下:[0061 ] (I)將鋁酸酯偶聯(lián)劑和Si3N4亞微米晶須加入無水乙醇中，在溫度為70°C，攪拌速度為600轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.8小時，然后放入95°C的干燥箱中18小時，得到改性后的Si3N4亞微米晶須；
[0062](2)將硅酸丙酯加入無水正丙醇中，在溫度為50°C，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和醋酸，使其PH值在3之間，得到混合溶液A，所述硅酸丙酯、無水正丙醇、水、醋酸的比例以摩爾比計為1:25:8:4X10_5;將所述混合溶液A在溫度為60°C下靜置18小時，之后在溫度為40°C，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分的條件下，加入丙三醇，攪拌3分鐘之后加入氨水，攪拌15分鐘，得到反應(yīng)液A，硅酸丙酯、丙三醇、氨水的摩爾比為1:0.25:5X10_3;
[0063](3)將改性后的Si3N4亞微米晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌30分鐘，得到Si3N4亞微米晶須/S12溶膠，然后在溫度為40°C的條件下，靜置28小時，得到Si3N4亞微米晶須/S12凝膠；將Si3N4亞微米晶須/S1 2凝膠放入體積比為I: 7的水/無水正丙醇的混合液中，在溫度為40°C下反應(yīng)28小時；
[0064](4)將正庚烷與三甲基二乙氧基硅烷以及無水正丙醇溶劑按體積比70:8:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的Si3N4亞微米晶須/SiCVl膠放入所述改性液中，在溫度為45 °C下，改性28小時；
[0065](5)將步驟(4)得到的Si3N4亞微米晶須/S12凝膠放入正庚烷中，在溫度為45°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為4次，每次浸泡時間為3小時；再把Si3N4亞微米晶須/SiCVl膠放入干燥箱中，在溫度為80°C下干燥20小時，得到Si3N4亞微米晶須/S12氣凝膠4。
[0066]實施例5
[0067]根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，發(fā)明人制得氧化鎂亞微米晶須/S12氣凝膠，具體步驟如下:
[0068](I)將鋁酸酯偶聯(lián)劑和氧化鎂亞微米晶須加入無水乙醇中，在溫度為60°C，攪拌速度為800轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.8小時，然后放入95°C的干燥箱中18小時，得到改性后的氧化鎂亞微米晶須；
[0069](2)將硅酸丙酯加入無水甲醇中，在溫度為50°C，攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和醋酸，使其PH值在3之間，得到混合溶液A，所述硅酸丙酯、無水甲醇、水、醋酸的比例以摩爾比計為1:30:8:3X10_5;將所述混合溶液A在溫度為60°C下靜置18小時，之后在溫度為40°C，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分的條件下，加入甲酰胺，攪拌3分鐘之后加入氨水，攪拌15分鐘，得到反應(yīng)液A，硅酸丙醋、甲酰胺、氨水的摩爾比為1:0.25:1X10_3;
[0070](3)將改性后的氧化鎂亞微米晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為500轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌50分鐘，得到氧化鎂亞微米晶須/S12溶膠，然后在溫度為40°C的條件下，靜置38小時，得到氧化鎂亞微米晶須/S12凝膠；將氧化鎂亞微米晶須/S1 2凝膠放入體積比為1:5的水/無水甲醇的混合液中，在溫度為40°C下反應(yīng)28小時；
[0071](4)將正庚烷與三甲基二乙氧基硅烷以及無水甲醇溶劑按體積比70:8:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的氧化鎂亞微米晶須/SiCVl膠放入所述改性液中，在溫度為45 °C下，改性28小時；
[0072](5)將步驟(4)得到的氧化鎂亞微米晶須/S12凝膠放入正庚烷中，在溫度為45°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為4次，每次浸泡時間為3小時；再把氧化鎂亞微米晶須/SiCVl膠放入干燥箱中，在溫度為80°C下干燥20小時，得到氧化鎂亞微米晶須/3丨02氣凝膠。
[0073]得到的SiC亞微米晶須/S12氣凝膠、六鈦酸鉀亞微米晶須/S12氣凝膠、硫酸鈣亞微米晶須/3丨02氣凝膠、Si3N4亞微米晶須/S1 2氣凝膠、氧化鎂亞微米晶須/S1 2氣凝膠均具有良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，具有良好的隔熱和耐高溫性能，復(fù)合材料成塊好，抗壓強(qiáng)度達(dá)到8.5MPa，導(dǎo)熱系數(shù)均在0.01?0.03W/ (m -K)。SiC亞微米晶須/S12氣凝膠可耐2500°C溫度，六鈦酸鉀亞微米晶須/S12氣凝膠可耐1000°C溫度，硫酸鈣亞微米晶須/S12氣凝膠可耐1200°C溫度，Si3N4亞微米晶須/S12氣凝膠可耐1500°C溫度，氧化鎂亞微米晶須/S12氣凝膠可耐2500°C溫度。
[0074]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于:包括氣凝膠基體和亞微米無機(jī)晶須，所述氣凝膠基體填充于所述亞微米無機(jī)晶須間，所述氣凝膠基體與所述亞微米無機(jī)晶須的質(zhì)量比是1:0.05?1.5。
2.如權(quán)利要求1所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于:所述亞微米無機(jī)晶須為SiC亞微米晶須、六鈦酸鉀亞微米晶須、硫酸鈣亞微米晶須、Si3N4亞微米晶須、氧化鎂亞微米晶須中的一種或者多種。
3.如權(quán)利要求2所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于:所述氣凝膠基體為二氧化硅氣凝膠。
4.如權(quán)利要求1所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料，其特征在于:所述氣凝膠基體為二氧化硅氣凝膠、金屬醇鹽氣凝膠、碳?xì)饽z、粘土氣凝膠中的一種或者多種。
5.如權(quán)利要求3所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將表面改性劑和亞微米無機(jī)晶須加入醇溶劑中，在溫度為50?80°C，攪拌速度為500?1000轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.5?I小時，然后放入80?120°C的干燥箱中8?24小時，得到改性后的亞微米無機(jī)晶須； (2)將硅醇鹽加入醇溶劑中，在溫度為30?60°C，攪拌速度為200?800轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和酸，使其PH值在3?4之間，得到混合溶液A，所述硅醇鹽、醇溶劑、水、酸的比例以摩爾比計為1:5?40:2?10:1 X 10_5?5X10 ^將所述混合溶液A在溫度為30?80°C下靜置0.1?24小時，之后在溫度為30?60°C，攪拌速度為200?800轉(zhuǎn)/分的條件下，加入干燥控制添加劑，攪拌3?5分鐘之后加入堿性催化劑，攪拌10?30分鐘，得到反應(yīng)液A，硅醇鹽、干燥控制添加劑、堿性催化劑的摩爾比為1:0.25?0.5:1X10_3?5Χ1(Γ3; (3)將改性后的亞微米無機(jī)晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為300?1000轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌10?60分鐘，得到亞微米無機(jī)晶須/S12溶膠，然后在溫度為30?60°C的條件下，靜置0.5?48小時，得到亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠；將亞微米無機(jī)晶須/S1 2凝膠放入體積比為1:3?10的水/醇溶劑的混合液中，在溫度為30?60°C下反應(yīng)4?48小時； (4)將表面張力小的溶液與疏水試劑以及醇溶劑按體積比10?100:1?10:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的亞微米無機(jī)晶須/SiCVl膠放入所述改性液中，在溫度為30?60°C下，改性6?48小時； (5)將步驟(4)得到的亞微米無機(jī)晶須/SiCVl膠放入表面張力小的溶液中，在溫度為30?60°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為2?4次，每次浸泡時間為0.5?4小時；再把亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠放入干燥箱中，在溫度為50?90°C下干燥12?24小時，得到亞微米無機(jī)晶須/3102氣凝膠。
6.如權(quán)利要求5所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (I)將表面改性劑和亞微米無機(jī)晶須加入醇溶劑中，在溫度為50?60°C，攪拌速度為500?800轉(zhuǎn)/分的條件下，攪拌0.5?I小時，然后放入80?100°C的干燥箱中8?10小時，得到改性后的亞微米無機(jī)晶須； (2)將硅醇鹽加入醇溶劑中，在溫度為30?40°C，攪拌速度為50?300轉(zhuǎn)/分的條件下，再依次加入水和酸，使其PH值在3?4之間，得到混合溶液A，所述硅醇鹽、醇溶劑、水、酸的比例以摩爾比計為1:5?40:2?10:1 X 10_5?5X10 ^將所述混合溶液A在溫度為30?50°C下靜置0.1?12小時，之后在溫度為30?50°C，攪拌速度為50?600轉(zhuǎn)/分的條件下，加入干燥控制添加劑，攪拌3?5分鐘之后加入堿性催化劑，攪拌10?20分鐘，得到反應(yīng)液A，硅醇鹽、干燥控制添加劑、堿性催化劑的摩爾比為1:0.25?0.5:1X10_3?5Χ1(Γ3; (3)將改性后的亞微米無機(jī)晶須加入反應(yīng)液A中，在攪拌速度為300?1000轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌10?30分鐘，得到亞微米無機(jī)晶須/S12溶膠，然后在溫度為30?40°C的條件下，靜置0.5?12小時，得到亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠；將亞微米無機(jī)晶須/S1 2凝膠放入體積比為1:3?10的水/醇溶劑的混合液中，在溫度為30?50°C下反應(yīng)4?12小時； (4)將表面張力小的溶液與疏水試劑以及醇溶劑按體積比10?100:1?10:1混合，得到改性液，將步驟(3)反應(yīng)得到的亞微米無機(jī)晶須/SiCVl膠放入所述改性液中，在溫度為30?50°C下，改性6?18小時； (5)將步驟(4)得到的亞微米無機(jī)晶須/SiCVl膠放入表面張力小的溶液中，在溫度為30?40°C下進(jìn)行密封處理，浸泡次數(shù)為2?4次，每次浸泡時間為0.5?4小時；再把亞微米無機(jī)晶須/S12凝膠放入干燥箱中，在溫度為50?60°C下干燥12?20小時，得到亞微米無機(jī)晶須/3102氣凝膠。
7.如權(quán)利要求5或6所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述表面改性劑為硬脂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、吐溫-80、司盤、鋁酸酯偶聯(lián)劑中一種或者幾種復(fù)配；所述醇溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求5或6所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述硅醇鹽為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸丙酯、水玻璃、硅藻土、稻殼灰中的一種或多種；所述酸為鹽酸、草酸、硫酸、氫氟酸、醋酸中的一種或多種。
9.如權(quán)利要求5或6所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述干燥控制添加劑為甲酰胺、乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、丙三醇中的一種或者多種；所述堿性催化劑為氨水、氫氧化鈉、氟化銨中的一種或多種；所述表面張力小的溶液為正己烷、正庚烷、丙酮中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求5或6所述的亞微米無機(jī)晶須氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述疏水試劑為三甲基氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基二丁基硅烷、三甲基二乙氧基硅烷中的一種或多種；所述水為去離子水、蒸餾水、純凈水中的一種或多種。
【文檔編號】C04B28/24GK104446306SQ201410655832
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】吳會軍, 鐘支葵, 陳奇良, 丁云飛 申請人:廣州大學(xué)