氣凝膠復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣凝膠材料的制備工藝領(lǐng)域，具體涉及一種耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠具有密度低(40?200kg.πΓ3)、孔隙率高(85%?99.8% )、比表面積高(400?1500m2.g—1)等眾多優(yōu)異的特點(diǎn)，被譽(yù)為“未來最具潛力的新材料”，在催化、吸附等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展空間。尤其在隔熱領(lǐng)域，氣凝膠中大量的納米級(jí)孔洞使其擁有卓越的保溫隔熱性能，是熱導(dǎo)率極低的固體材料。同時(shí)，氣凝膠還具有綠色環(huán)保、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在冰箱、船舶及航空航天等低溫保冷領(lǐng)域皆有良好的應(yīng)用前景。但氣凝膠的力學(xué)性能較差，限制了它的用途，人們主要通過復(fù)合增強(qiáng)相的方式來提升氣凝膠的力學(xué)性能。目前，國內(nèi)有關(guān)低溫領(lǐng)域氣凝膠復(fù)合材料的研宄還處于起步階段，傳統(tǒng)的保冷材料又不同程度地存在著防水性能差、隔熱效率低、受冷易形變等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于改變現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，制備出的氣凝膠復(fù)合材料具備熱導(dǎo)率低、疏水性好、比表面積大、耐低溫等特性，解決了傳統(tǒng)材料隔熱效率低、防水性能差、受冷易形變等問題，可以加工出不同形狀的樣品，對(duì)于實(shí)際大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)有著積極的意義。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)3102氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其具體步驟如下:
[0005]耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)3102氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其具體步驟如下:
[0006](I)加入正硅酸四乙酯、乙醇溶液、蒸餾水于燒杯中，磁力攪拌，加熱到45?65°C后，恒溫，加入酸調(diào)節(jié)pH至4?5，繼續(xù)攪拌30?90min ;加入改性劑甲基三乙氧基硅烷，繼續(xù)攪拌60?120min ;加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH至6?7 ;其中，正娃酸四乙醋、乙醇、水、改性劑的摩爾比為1: (10?20): (2?8): (0.1?0.5)；
[0007](2)將S12S膠倒入玻璃纖維預(yù)制件的模具中，待溶膠浸透玻璃纖維，將溶膠復(fù)合材料靜置形成凝膠復(fù)合材料；
[0008](3)凝膠完全后，在放有濕凝膠的不銹鋼模具內(nèi)加入乙醇溶液，以沒過凝膠為準(zhǔn)，表面覆蓋薄膜后老化；
[0009](4)將步驟(3)中得到的凝膠復(fù)合材料進(jìn)行乙醇超臨界干燥，獲得玻璃纖維增強(qiáng)S i O2氣凝膠復(fù)合材料。
[0010]優(yōu)選步驟⑴中所述的酸為HC1、圓03或H2SO4中任一種；步驟⑴中所用的改性劑為甲基三乙氧基硅烷(MTES)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)或苯基三乙氧基硅烷(PTES)中任一種。
[0011]優(yōu)選步驟(3)中所述的老化溫度為25?60°C，老化時(shí)間為2?10天。
[0012]優(yōu)選步驟(4)中所述的乙醇超臨界干燥的工藝為:干燥溫度為260?280°C，壓力為10?12MPa，恒溫恒壓狀態(tài)下維持2?3個(gè)小時(shí)，然后放氣取出樣品。
[0013]有益效果:
[0014](I)相對(duì)于傳統(tǒng)的保冷材料，本發(fā)明制備的S12氣凝膠復(fù)合材料具有更好的保冷效果，熱導(dǎo)率更低，低至0.025ff/m.Ko
[0015](2)本發(fā)明制備的3102氣凝膠復(fù)合材料耐低溫性能好，低溫條件下，體積無變化。
[0016](3)相對(duì)于傳統(tǒng)的保冷材料，本發(fā)明制備的S12氣凝膠復(fù)合材料的疏水性能好，接觸角較大。
[0017](4)材料切割簡(jiǎn)單，施工方便，維護(hù)成本低。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)例I所制備的耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料的氮?dú)馕?脫附曲線；
[0019]圖2是實(shí)例I所制備的耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)3102氣凝膠復(fù)合材料的孔徑分布曲線；
[0020]圖3是實(shí)例2所制備的耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)3102氣凝膠復(fù)合材料的接觸角照片；
[0021]圖4是實(shí)例3所制備的耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)3102氣凝膠復(fù)合材料低溫處理前后的的宏觀形貌圖；其中(a)低溫處理前(b)低溫處理后。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但發(fā)明的保護(hù)范圍并不限與此。
[0023]實(shí)例I
[0024]加入正硅酸四乙酯、乙醇溶液、蒸餾水于燒杯中，磁力攪拌，加熱到50°C后，恒溫，加入少量鹽酸調(diào)節(jié)pH為4.5，繼續(xù)攪拌30min，加入MTES (甲基三乙氧基硅烷)，繼續(xù)攪拌60min?加入少量氨水調(diào)節(jié)溶液pH為6.5。其中，正硅酸四乙酯、乙醇、水、改性劑的摩爾比為1:16:4:0.5。將溶膠緩慢倒入放有玻璃纖維氈的模具中。凝膠完全后，在放有濕凝膠的不銹鋼模具內(nèi)加入乙醇溶液，以沒過凝膠為準(zhǔn)，表面覆蓋薄膜后在50°C下老化2天。將得到的氣凝膠復(fù)合材料用乙醇超臨界進(jìn)行干燥，干燥溫度為260°C，壓力為lOMPa，恒溫恒壓狀態(tài)下維持2個(gè)小時(shí)，然后放氣取出樣品，獲得玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料。該復(fù)合材料的常溫?zé)釋?dǎo)率為0.025ff/m.K，接觸角為148°，氮?dú)馕綔y(cè)得的BET比表面積為402m2/g，在-50°C下三天，體積無變化。所制得樣品的氮?dú)馕?脫附曲線如圖1所示，孔徑分布曲線如圖2所示，從圖可以看出孔徑主要分布在4-20nm范圍內(nèi)。
[0025]實(shí)例2
[0026]加入正硅酸四乙酯、乙醇溶液、蒸餾水于燒杯中，磁力攪拌，加熱到45°C后，恒溫，加入少量硫酸調(diào)節(jié)pH為4，繼續(xù)攪拌60min，加入VTES (乙烯基三乙氧基硅烷)，繼續(xù)攪拌90min?加入少量氨水調(diào)節(jié)溶液pH為6。其中，正硅酸四乙酯、乙醇、水、改性劑的摩爾比為l:10:6:0.3o將溶膠緩慢倒入放有玻璃纖維氈的模具中。凝膠完全后，在放有濕凝膠的不銹鋼模具內(nèi)加入乙醇溶液，以沒過凝膠為準(zhǔn)，表面覆蓋薄膜后在25°C下老化10天。將得到的氣凝膠復(fù)合材料用乙醇超臨界進(jìn)行干燥，干燥溫度為280°C，壓力為12MPa，恒溫恒壓狀態(tài)下維持3個(gè)小時(shí)，然后放氣取出樣品，獲得玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料。該復(fù)合材料的常溫?zé)釋?dǎo)率為0.029ff/m.K，接觸角為142°，氮?dú)馕綔y(cè)得的BET比表面積為376m2/g，在-50°C下三天，體積無變化。復(fù)合材料與水珠的接觸角照片如圖3所示。
[0027]實(shí)例3
[0028]加入正硅酸四乙酯、乙醇溶液、蒸餾水于燒杯中，磁力攪拌，加熱到65°C后，恒溫，加入少量硝酸調(diào)節(jié)pH為5，繼續(xù)攪拌90min，加入PTES (苯基三乙氧基硅烷)，繼續(xù)攪拌120min?加入少量氨水調(diào)節(jié)溶液pH為7。其中，正硅酸四乙酯、乙醇、水、改性劑的摩爾比為1:20:2:0.1，將溶膠緩慢倒入放有玻璃纖維氈的模具中。凝膠完全后，在放有濕凝膠的不銹鋼模具內(nèi)加入乙醇溶液，以沒過凝膠為準(zhǔn)，表面覆蓋薄膜后在50°C下老化6天。將得到的氣凝膠復(fù)合材料用乙醇超臨界進(jìn)行干燥，干燥溫度為265°C，壓力為lOMPa，恒溫恒壓狀態(tài)下維持2.5個(gè)小時(shí)，然后放氣取出樣品，獲得玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料。該復(fù)合材料的常溫?zé)釋?dǎo)率為0.030ff/m.K，接觸角為139°，氮?dú)馕綔y(cè)得的BET比表面積為358m2/g，在-50°C下三天，體積無變化。復(fù)合材料在_50°C低溫前后的宏觀形貌如圖4所示。
[0029]實(shí)例4
[0030]加入正硅酸四乙酯、乙醇溶液、蒸餾水于燒杯中，磁力攪拌，加熱到50°C后，恒溫，加入少量硫酸調(diào)節(jié)pH為5，繼續(xù)攪拌30min，加入MTES (甲基三乙氧基硅烷)，繼續(xù)攪拌60min?加入少量氨水調(diào)節(jié)溶液pH為6.5。其中，正硅酸四乙酯、乙醇、水、改性劑的摩爾比為1:10:3:0.3，將溶膠緩慢倒入放有玻璃纖維氈的模具中。凝膠完全后，在放有濕凝膠的不銹鋼模具內(nèi)加入乙醇溶液，以沒過凝膠為準(zhǔn)，表面覆蓋薄膜后在50°C中老化4天。將得到的氣凝膠復(fù)合材料用用乙醇超臨界進(jìn)行干燥，干燥溫度為265°C，壓力為lOMPa，恒溫恒壓狀態(tài)下維持2.5個(gè)小時(shí)，然后放氣取出樣品，獲得玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料。該復(fù)合材料的常溫?zé)釋?dǎo)率為0.027ff/m.K，接觸角為145°，氮?dú)馕綔y(cè)得的BET比表面積為382m2/g，在-50 °C下三天，體積無變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其具體步驟如下: (1)加入正硅酸四乙酯、乙醇溶液、蒸餾水于燒杯中，磁力攪拌，加熱到45?65°C后，恒溫，加入酸調(diào)節(jié)pH至4?5，繼續(xù)攪拌30?90min ;加入改性劑甲基三乙氧基娃燒，繼續(xù)攪拌60?120min ;加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH至6?7 ;其中，正娃酸四乙醋、乙醇、水、改性劑的摩爾比為 1: (10 ?20): (2 ?8): (0.1 ?0.5)； (2)將S12S膠倒入玻璃纖維預(yù)制件的模具中，待溶膠浸透玻璃纖維，將溶膠復(fù)合材料靜置形成凝膠復(fù)合材料； (3)凝膠完全后，在放有濕凝膠的不銹鋼模具內(nèi)加入乙醇溶液，以沒過凝膠為準(zhǔn)，表面覆蓋薄膜后老化； (4)將步驟(3)中得到的凝膠復(fù)合材料進(jìn)行乙醇超臨界干燥，獲得玻璃纖維增強(qiáng)S12氣凝膠復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所用的酸為HCl、HNO3或H2SO4中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所用的改性劑為甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的老化溫度為25?60°C，老化時(shí)間為2?10天。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述的乙醇超臨界干燥的工藝為:干燥溫度為260?280°C，壓力為10?12MPa，恒溫恒壓狀態(tài)下維持2?3個(gè)小時(shí)，然后放氣取出樣品。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種耐低溫玻璃纖維增強(qiáng)SiO2氣凝膠復(fù)合材料的制備方法。以正硅酸四乙酯為硅源，玻璃纖維為增強(qiáng)相，經(jīng)改性、溶劑置換、超臨界干燥制備了纖維增強(qiáng)SiO2氣凝膠復(fù)合材料。本發(fā)明制備的復(fù)合材料具有熱導(dǎo)率低、疏水性好、比表面積大、耐低溫特性。材料制備工藝簡(jiǎn)單、可連續(xù)化生產(chǎn)，具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用前景。
【IPC分類】C04B30-02
【公開號(hào)】CN104761235
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510145854
【發(fā)明人】沈曉冬, 馬佳, 崔升, 邵高峰
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日