一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈的制作方法
【專利摘要】<b>本實(shí)用新型公開了一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，包括纖維氈和填充纖維氈的氣凝膠，其特征在于，所述纖維氈為</b><b>2.5</b><b>維增強(qiáng)</b><b>纖維氈，它是由若干</b><b>X-Y</b><b>平面的薄層纖維網(wǎng)胎于</b><b>Z</b><b>向疊層后再針刺連接而成。本實(shí)用新型的保溫隔熱氈結(jié)合了纖維氈和氣凝膠兩者的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了氣凝膠的各項(xiàng)力學(xué)性能，具有較好的柔順性和良好的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)其尤其加強(qiáng)了氣凝膠在高溫條件下的紅外熱輻射阻擋能力，降低了纖維氈的熱傳導(dǎo)和熱對流，因此整體相比其他隔熱材料的保溫隔熱效果更明顯，可廣泛應(yīng)用于中、高溫條件下的保溫領(lǐng)域。</b>
【專利說明】
一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于中、高溫條件下的保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源等工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)的單晶硅爐、多晶硅爐、高溫氣氛爐等中、高溫冶煉爐應(yīng)用廣泛。單晶硅爐的工作溫度在1500°C以上，用于高溫處理的石墨化爐工作溫度在2000°C左右，這些工業(yè)爐的工作溫度高，能耗大，必須選用合適的高溫保溫材料，盡量提高隔熱性能，提尚能量的利用率。
[0003]傳統(tǒng)的高溫爐大多采用碳纖維氈包裹碳/碳復(fù)合材料或石墨支撐材料進(jìn)行保溫，但是碳纖維軟氈在使用過程中會(huì)產(chǎn)生較多的碳粉塵污染爐內(nèi)環(huán)境，影響產(chǎn)品質(zhì)量;而且保溫效果有限，導(dǎo)致包裹層數(shù)多，安裝不便。部分廠商采用了將碳纖維軟氈固化制成碳纖維硬氈的方法，如公布號(hào)為CN101948327B，CN103009698A和CN104058777A的專利。這種固化碳?xì)州^之傳統(tǒng)碳纖維軟氈具有低揮發(fā)性、良好支撐性能等優(yōu)點(diǎn)，已得到部分應(yīng)用。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其是高溫?zé)崃鬏^多的爐體中，大量熱量隨熱流沿著硬氈從高溫區(qū)向低溫區(qū)(爐壁)傳遞，并不能有效提高軟氈的隔熱性能，降低能耗。
[0004]氣凝膠是對輕質(zhì)、多孔和大比表面積的納米孔材料的通稱，其制備方法為本領(lǐng)域?qū)I(yè)人士所熟悉。它的低密度和大量的微孔可減少傳導(dǎo)帶來的熱量損失，納米小孔可將對流最小化。但是，其低密度和高孔隙率同時(shí)導(dǎo)致氣凝膠的機(jī)械強(qiáng)度很低，易于破碎，限制了其應(yīng)用。而且，盡管氣凝膠在常溫下能有效的阻擋紅外熱輻射，但隨著溫度的升高，其紅外熱輻射透過率增強(qiáng)。通過纖維來改善其機(jī)械性能是一種有效而普遍被接受的方法。
[0005]公布號(hào)為CN10331914A的專利，介紹了一種氣凝膠復(fù)合材料，它通過選擇合適的X-Y平面的紡織纖維網(wǎng)格和Z方向的無紡或紡織纖維來改善氣凝膠的三維機(jī)械性能，同時(shí)保留氣凝膠的保溫性能。但是其增強(qiáng)纖維分為獨(dú)立的X-Y平面纖維網(wǎng)格和Z向的無紡纖維兩部分。這樣Z向增強(qiáng)纖維與X-Y平面增強(qiáng)纖維結(jié)合不牢，使得平面剪切性能得不到有效改善；同時(shí)X-Y平面采用厘米級(jí)的紡織纖維網(wǎng)格，纖維含量低，增強(qiáng)效果有限，而且不能有效提高氣凝膠的對高溫下的紅外熱輻射的阻擋效果，因而限制了所述氣凝膠復(fù)合材料在單晶硅爐一類高溫爐中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型目的是:提供一種保溫隔熱效果和紅外熱輻射阻擋效果更好，并且內(nèi)部纖維的結(jié)合力和機(jī)械性能更佳的適用于中、高溫條件下的整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其用于爐體中能夠進(jìn)一步有效的降低能耗。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，包括纖維氈和填充纖維氈的氣凝膠，其特征在于，所述纖維氈為2.5維增強(qiáng)纖維氈，它是由若干X-Y平面的薄層纖維網(wǎng)胎于Z向疊層后再針刺連接而成。
[0008]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述氣凝膠均勻填充在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈內(nèi)部的纖維間隙中，并且氣凝膠還覆蓋所述2.5維增強(qiáng)纖維氈的上下表面。
[0009]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中相鄰的薄層纖維網(wǎng)胎之間通過Z向針刺纖維連接，所述Z向針刺纖維是在連續(xù)針刺時(shí)由刺針針頭上的倒鉤帶入到針刺方向的原屬于所述薄層纖維網(wǎng)胎上的纖維。也就是說，本實(shí)用新型中在Z向并未像現(xiàn)有技術(shù)那樣引入無紡纖維，其Z向是針刺引入的出自薄層纖維網(wǎng)胎本身的短纖。
[0010]需要指出:本實(shí)用新型中2.5維的概念即準(zhǔn)三維，是現(xiàn)有技術(shù)中已有的概念，因?yàn)楸景钢衂向的纖維連接為層間連接，但并不連續(xù)，不如X-Y面內(nèi)的纖維連接明顯。所述的X、Y和Z即構(gòu)成空間三維坐標(biāo)系。
[0011]本實(shí)用新型中的氣凝膠為現(xiàn)有技術(shù)，其是采用溶液狀的原料混合配比，攪拌成溶膠，然后在一定的條件下聯(lián)結(jié)成固態(tài)的凝膠，然后再通過老化和溶劑揮發(fā)后形成多孔狀的氣凝膠固體塊狀結(jié)構(gòu)。實(shí)際實(shí)施時(shí)，通過將氣凝膠的溶膠溶液填充進(jìn)2.5D增強(qiáng)纖維氈內(nèi)，再通過老化和溶劑揮發(fā)后形成嵌置于2.f5D增強(qiáng)纖維氈內(nèi)部和附著于表面的氣凝膠。其形式類似于鋼筋混凝土，2.f5D增強(qiáng)纖維氈相當(dāng)于鋼筋結(jié)構(gòu)，氣凝膠相當(dāng)于混凝土。
[0012]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述薄層纖維網(wǎng)胎的的纖維排布趨向無序，且其纖維網(wǎng)格為毫米級(jí)。
[0013]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述薄層纖維網(wǎng)胎為短切纖維梳理成網(wǎng)網(wǎng)胎和氣流成網(wǎng)網(wǎng)胎中的一種。
[0014]優(yōu)選的，本實(shí)用新型還包括設(shè)置在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈表層的致密纖維薄層，用于進(jìn)一步降低高溫?zé)彷椛浜驮鰪?qiáng)抗熱沖擊和耐腐蝕性能。因表層致密纖維薄層的存在，實(shí)際實(shí)施時(shí)，所述氣凝膠凝固后覆蓋所述上下表層的致密纖維薄層的表面。
[0015]更進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述致密纖維薄層通過針刺或粘結(jié)固定在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈上。
[0016]更進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述致密纖維薄層為平紋布、斜紋布、緞紋布和高面密度無紡布中的一種或是兩種，當(dāng)所述致密纖維薄層選用所述兩種布時(shí)，這兩種布為疊層關(guān)系O
[0017]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述氣凝膠選自碳?xì)饽z、二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和過渡金屬氧化物氣凝膠中的一種。
[0018]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述2.5維增強(qiáng)纖維氈中的薄層纖維網(wǎng)胎選自薄層碳纖維網(wǎng)胎、薄層玻璃纖維網(wǎng)胎、薄層預(yù)氧絲纖維網(wǎng)胎、薄層石英纖維網(wǎng)胎、薄層硅酸鋁纖維網(wǎng)胎中的一種。
[0019]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0020]本實(shí)用新型的整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果，
[0021](I)所述氣凝膠保溫隔熱氈，在增強(qiáng)纖維氈內(nèi)部和上下表面均勻填充了氣凝膠材料，杜絕了傳統(tǒng)中、高溫爐中包裹用的碳纖維軟氈或其他纖維氈在使用過程中揮發(fā)出來的碳粉或其他無機(jī)纖維粉末的對爐內(nèi)環(huán)境的污染。
[0022](2)所述氣凝膠保溫隔熱氈，復(fù)合了保溫性能更加優(yōu)良的氣凝膠材料，相比現(xiàn)階段已有應(yīng)用的固化硬氈具有更好的隔熱性能，降低了爐內(nèi)熱量隨熱流在氈內(nèi)從高溫區(qū)向低溫區(qū)的熱傳導(dǎo)，有效降低能量損耗。
[0023](3)所述氣凝膠保溫隔熱氈，采用2.5維的纖維氈作為增強(qiáng)材料，且所述2.5維增強(qiáng)纖維氈是由薄層網(wǎng)胎疊層針刺而成。因而相較于以往的平面紡織纖維網(wǎng)聯(lián)合垂直方向的無紡纖維的增強(qiáng)體的密度更高，垂直向纖維結(jié)合更牢，增強(qiáng)效果更優(yōu);而且由于密度更高，尤其是平面內(nèi)的網(wǎng)格更小，因而在高溫條件下，具有更佳的紅外熱輻射阻擋效果，因而具有更優(yōu)異的保溫性能。
[0024](4)所述氣凝膠保溫隔熱氈，比較柔順，可用在各種形狀容器和管道的保溫，便于制成標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格尺寸，形成規(guī)?；a(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本，且便于存貯。通過選擇合適的氣凝膠種類和纖維種類及密度，可獲得蒸汽管道和反應(yīng)釜保溫等中等溫度環(huán)境，還可以用于光伏單晶娃爐、多晶娃爐和尚溫處理的石墨化爐等尚溫環(huán)境。
[0025]總結(jié)來說，該整體復(fù)合氣凝膠氈結(jié)合了纖維氈和氣凝膠兩者的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了氣凝膠的各項(xiàng)力學(xué)性能，同時(shí)加強(qiáng)了氣凝膠在高溫條件下的紅外熱輻射阻擋能力，降低了纖維氈的熱傳導(dǎo)和熱對流。該整體復(fù)合氣凝膠氈在中、高溫條件下，具有優(yōu)良的保溫隔熱效果和機(jī)械性能，且比較柔順，便于安裝拆卸，可用于各種形狀容器及管道的保溫。
【附圖說明】
[0026]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0027]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中整體復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈的立體結(jié)構(gòu)示意圖(局部剖面)，
[0028]其中1、薄層纖維網(wǎng)胎;2、Z向針刺纖維;3、氣凝膠。
[0029]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2中整體復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈的立體結(jié)構(gòu)示意圖(局部剖面，且省略表層覆蓋的氣凝膠)，
[0030]其中1、薄層纖維網(wǎng)胎;2、Z向針刺纖維;3、氣凝膠;4、致密纖維薄層。
[0031]下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，而并非局限如此。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]如圖1所示，本實(shí)施例提供的這種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，由2.5維增強(qiáng)纖維氈和氣凝膠3構(gòu)成，所述2.5維增強(qiáng)纖維氈是由若干X-Y平面的薄層纖維網(wǎng)胎I于Z向疊層后再針刺連接而成，所述氣凝膠3均勻填充在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈內(nèi)部的纖維間隙中，并且氣凝膠還覆蓋所述2.5維增強(qiáng)纖維氈的上下表面。
[0034]具體見圖1的局部剖面，相鄰的薄層纖維網(wǎng)胎I之間通過Z向針刺纖維2連接，所述Z向針刺纖維2是在連續(xù)針刺時(shí)由刺針針頭上的倒鉤帶入到針刺方向的原屬于所述薄層纖維網(wǎng)胎I上的短纖維。
[0035]本例中，上述2.5維增強(qiáng)纖維氈采用氣流成網(wǎng)的網(wǎng)格密度為30g/cm2的薄層預(yù)氧絲纖維網(wǎng)胎疊層針刺而成，針刺密度為30針/cm2，得到的2.5維增強(qiáng)纖維氈空間密度為0.0Sg/cm3。上述氣凝膠采用以正硅酸乙酯為前驅(qū)體經(jīng)過超臨界干燥得到的二氧化硅氣凝膠。預(yù)氧絲纖維具有高阻燃性，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，制備得到的2.5維增強(qiáng)纖維氈中因二氧化硅氣凝膠復(fù)合了預(yù)氧絲纖維，故具有良好的柔順性，整體密度約為0.15g/cm3，耐溫為450°C以上，可以用作高溫蒸汽管道保溫包裹層，有效阻隔高溫蒸汽管道的熱損失，降低能耗。
[0036]實(shí)施例2:
[0037]如圖2所示，本實(shí)施例提供的這種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，由2.5維增強(qiáng)纖維氈、氣凝膠3和2.5維增強(qiáng)纖維氈上下表面的致密纖維薄層4共同構(gòu)成，所述2.5維增強(qiáng)纖維氈是由若干X-Y平面的薄層纖維網(wǎng)胎I于Z向疊層后再針刺連接而成，所述致密纖維薄層4通過針刺連接在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈中最上層和最下層的薄層纖維網(wǎng)胎I的表面。所述氣凝膠3均勻填充在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈和致密纖維薄層4內(nèi)部的纖維間隙中，并且氣凝膠還覆蓋所述上下表層的致密纖維薄層4的表面。
[0038]具體見圖2的局部剖面，相鄰的薄層纖維網(wǎng)胎I之間通過Z向針刺纖維2連接，所述Z向針刺纖維2是在連續(xù)針刺時(shí)由刺針針頭上的倒鉤帶入到針刺方向的原屬于所述薄層纖維網(wǎng)胎I上的短纖維。
[0039]本例中，上述2.5維增強(qiáng)纖維氈采用氣流成網(wǎng)的網(wǎng)格密度為50g/cm2的薄層碳纖維網(wǎng)胎疊層針刺而成，針刺密度為60針/cm2，得到的2.5維增強(qiáng)纖維氈空間密度為0.15g/cm3。本例中上下表層的致密纖維薄層4采用200克重的3K碳纖維平紋布，通過針刺結(jié)合在薄層碳纖維網(wǎng)胎上。
[0040]上述氣凝膠采用以二水合硝酸氧鋯為前驅(qū)體經(jīng)過超臨界干燥得到的二氧化鋯氣凝膠。本例提供的保溫隔熱氈結(jié)合了高性能碳纖維的高強(qiáng)度、高耐溫性和二氧化鋯氣凝膠的高耐溫性和低導(dǎo)熱率，并且通過增強(qiáng)纖維氈上下表面結(jié)合的致密碳纖維平紋布層，進(jìn)一步有效阻擋了保溫隔熱氈在高溫下的紅外熱輻射，因而具有優(yōu)良的高溫保溫隔熱性能。同時(shí)本例的保溫隔熱氈還具有較好的柔順性，整體密度約為0.25g/cm3，耐溫高達(dá)1200°C以上，可以包裹在單晶硅爐的保溫桶外側(cè)，有效隔熱，在節(jié)約材料用量，方便裝卸的同時(shí)，降低能耗。
[0041]當(dāng)然上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，包括纖維氈和填充纖維氈的氣凝膠(3)，其特征在于，所述纖維氈為2.5維增強(qiáng)纖維氈，它是由若干X-Y平面的薄層纖維網(wǎng)胎(I)于Z向疊層后再針刺連接而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于所述氣凝膠(3)均勻填充在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈內(nèi)部的纖維間隙中，并且氣凝膠(3)還覆蓋所述2.5維增強(qiáng)纖維氈的上下表面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于相鄰的薄層纖維網(wǎng)胎(I)之間通過Z向針刺纖維(2)連接，所述Z向針刺纖維(2)是在連續(xù)針刺時(shí)由刺針針頭上的倒鉤帶入到針刺方向的原屬于所述薄層纖維網(wǎng)胎(I)上的纖維。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于，所述薄層纖維網(wǎng)胎(I)的的纖維排布趨向無序，且其纖維網(wǎng)格為毫米級(jí)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于，所述薄層纖維網(wǎng)胎(I)為短切纖維梳理成網(wǎng)網(wǎng)胎和氣流成網(wǎng)網(wǎng)胎中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于，還包括設(shè)置在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈上下表層的致密纖維薄層(4)，所述氣凝膠(3)覆蓋所述上下表層的致密纖維薄層(4)的表面。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于，所述致密纖維薄層(4)通過針刺或粘結(jié)固定在所述2.5維增強(qiáng)纖維氈上。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于，所述致密纖維薄層(4)為平紋布、斜紋布、緞紋布和高面密度無紡布中的一種或是兩種，當(dāng)所述致密纖維薄層(4)選用兩種布時(shí)，這兩種布為疊層關(guān)系。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于所述氣凝膠(3)選自碳?xì)饽z、二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和過渡金屬氧化物氣凝膠中的一種。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種整體復(fù)合結(jié)構(gòu)氣凝膠保溫隔熱氈，其特征在于所述2.5維增強(qiáng)纖維氈中的薄層纖維網(wǎng)胎(I)選自薄層碳纖維網(wǎng)胎、薄層玻璃纖維網(wǎng)胎、薄層預(yù)氧絲纖維網(wǎng)胎、薄層石英纖維網(wǎng)胎、薄層硅酸鋁纖維網(wǎng)胎中的一種。
【文檔編號(hào)】B32B5/28GK205439395SQ201521097943
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月24日
【發(fā)明人】譚俊文, 張俊娟, 劉江平
【申請人】嘉興啟晟碳材料有限公司