CN114523748A - 一种表面增强的隔热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面增强的隔热材料及其制备方法，其结构包括隔热表层和设置于隔热表层内部的隔热芯材，隔热表层包括球形隔热件以及填充在球形隔热件间的胶粘剂，球形隔热件和隔热芯材均为纳米隔热材料。其制备方法为首先按比例将纳米颗粒、增强纤维、填料混合均匀得到混合物料，一部分混合物料模压成型出球形隔热件，一部分直接模压成型出隔热芯材；然后铺料，首先在模具底部铺放球形隔热件，再将隔热芯材铺放在球形隔热件上方，继续铺放球形隔热件，使隔热芯材各表面处均布设有球形隔热件；向模具中加入胶粘剂，得待压隔热料；在0.2‑1MPa下对待压隔热料进行模压热处理即得到表面增强的隔热材料，本发明的隔热材料具备优异的隔热性能。
Description
技术领域
本发明属于隔热材料的制备技术领域，具体涉及一种表面增强的隔热材料及其制备方法。
背景技术
纳米隔热材料具有高孔隙率、低密度和极低的导热率，是目前常用的隔热材料。常见的纳米隔热材料是由纳米粉体、增强纤维、填料等材料经压制成型得到或者采用溶胶凝胶法干燥制得，因此，纳米隔热材料本身具有极低的力学性能，分子间结合力差、脆性大，导致其不能被广泛应用在隔热保温领域。
在不影响纳米隔热材料导热率的前提下，改善其力学性能，是扩大该纳米隔热材料使用范围的重要举措。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中存在的不足，提供一种表面增强的隔热材料及其制备方法。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案如下：
一种表面增强的隔热材料，包括隔热表层和设置于隔热表层内部的隔热芯材，隔热表层包括球形隔热件以及填充在球形隔热件间的胶粘剂，球形隔热件和隔热芯材均为纳米隔热材料。
较好地，所述胶粘剂为酚醛树脂、环氧树脂、硅溶胶、铝溶胶中的一种或多种；所述纳米隔热材料包括纳米颗粒、增强纤维和填料，所述纳米颗粒、填料、增强纤维的质量比为（60~80）∶（15~30）∶（5~20）。
较好地，所述球形隔热件的粒径为5-50mm。
一种表面增强的隔热材料的制备方法，具体制备工艺如下：
S1：按比例将纳米颗粒、增强纤维、填料混合均匀得到混合物料，取一部分混合物料在模具中模压成型出球形隔热件，另一部分直接模压成型出隔热芯材；
S2：铺料：首先在模具底部铺放球形隔热件，然后将隔热芯材铺放在球形隔热件上方，继续铺放球形隔热件，使隔热芯材各表面处均布设有球形隔热件；
S3：向模具中加入胶粘剂，胶粘剂填充至步骤S2布设的球形隔热件间的缝隙中，得待压隔热料；胶粘剂在各缝隙中均有填充；
S4：在0.2-1MPa下对待压隔热料进行模压，然后热处理即得到表面增强的隔热材料。
较好地，步骤S3中，采用浇注或真空浸渍的方式将胶粘剂填充到球型隔热材料层。
较好地，所述热处理的温度为70-140℃，时间为1-6h。
较好地，步骤S1中的成型压强为0.2-1.5MPa。
较好地，所述填料为氧化锆、硅酸锆、六钛酸钾、碳化硅、氧化钛、炭黑、氧化铁中的一种或多种。
较好地，所述增强纤维为玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
较好地，所述纳米颗粒为气相二氧化硅、气相二氧化钛、气相三氧化铝、纳米气凝胶中的一种或多种。
本发明制备的隔热材料在隔热芯材的外部，通过堆放球形隔热件形成了填充胶粘剂的通道，胶粘剂填充地更充分。球形隔热件铺设于隔热芯材的下方，能够对隔热芯材起到良好的支撑作用，同时还避免了粉状的纳米材料在注胶过程中因比重小、流动性大等因素造成的注胶过程中随胶液的逸散，实现表层处起到隔热作用材料（球形隔热件）分布的均匀性，避免隔热材料表层的隔热性能不均，表层厚度不匀。
本发明的积极有益效果如下：
1、本发明制备的隔热材料的隔热表层由较大粒径的球形隔热件堆积再经胶粘剂粘结得到，其中球形隔热件在堆积时形成了一定的缝隙，该缝隙构成胶粘剂填充的通道，然后待填充满胶粘剂后，经模压以及热处理，球形隔热件间互相粘结，分子间作用力增大，隔热材料表面层得到增强。
2、本发明使用的大粒径的隔热材料即球形隔热件，是由纳米颗粒与填料组成的混合物料在模具中模压成型得到，在其球形结构内部仍具有纳米孔隙结构，因此，由球形隔热件形成的隔热表层仍具有较优的隔热性能。
3、本发明的纳米隔热材料，仅在其隔热表层中填充胶粘剂，其芯材不含胶粘剂成分，因此仍具备优异的隔热性能。
4、本发明制备的表面增强的隔热材料，制备工艺简单，适合各种制品如板材、异形构件等隔热材料的制备，应用范围广泛。
附图说明
图1为实施例1中表面增强的隔热材料的结构示意图；
图2为实施例2中表面增强的隔热材料的结构示意图；
图中，1—球形隔热件；2—隔热表层；3—芯层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细、清楚地描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：
一种表面增强的隔热材料，如图1所示，包括含有胶粘剂的隔热表层2和不含胶粘剂的隔热芯材3，其中隔热表层2由粒径为8mm的球形隔热件1以及分布在球形隔热件1间的胶粘剂经粘结形成，球形隔热件1和隔热芯材3均由纳米隔热材料形成，所述胶粘剂为酚醛树脂。
一种表面增强的隔热材料的制备方法为：
S1：将气相二氧化硅、玻璃纤维、氧化锆按质量比60∶15∶5的比例混合均匀，取一部分混合物料在模具中模压成型出球形隔热件，一部分直接模压成型出纳米隔热板材作隔热芯材3，所述球形隔热件1的直径为8mm；模压压强为0.3MPa。
S2：铺料，首先在模具底部铺放球形隔热件1，然后将隔热芯材3铺放在球形隔热件上方，继续铺放球形隔热件1，使球形隔热件1布满隔热芯材3的四周；
S3：采用浇注的方式将酚醛树脂填充到S2的球形隔热件1间的缝隙中，待酚醛树脂从隔热材料表面溢出，停止浇注，得待压隔热料；
S4：在0.2MPa下将待压隔热料模压20min，然后在130℃温度下，热处理2.5h，即得到表面增强的隔热材料。
所制备的隔热材料在室温下导热系数为0.024W/m·K，压缩强度4.26MPa。
实施例2：
一种表面增强的隔热材料，如图2所示，包括含有胶粘剂的隔热表层2和不含胶粘剂的隔热芯材3，其中隔热表层2由粒径为40mm和10mm的球形隔热件1以及分布在球形隔热件1间的胶粘剂经粘结形成，球形隔热件1和隔热芯材3均由纳米隔热材料形成，所述胶粘剂为硅溶胶。
一种表面增强的隔热材料的制备方法，具体工艺如下：
S1：将气相二氧化钛、硅酸铝纤维、碳化硅按质量比70∶20∶10的比例混合均匀，取一部分混合物料在模具中模压成型出两种不同直径的球形隔热件1，一部分直接模压成型出隔热芯材3，所述球形隔热件1的直径分别为40mm和10mm，其中模压压强为0.6MPa；
S2：铺料，首先在模具底部铺放上述两种不同直径的球形隔热件1，然后将隔热芯材3铺放在球形隔热件1上方，继续铺放球形隔热件1，使球形隔热件1布满隔热芯材3的四周；
S3：采用真空浸渍的方式将硅溶胶填充到S2的球形隔热件1间的缝隙中，直至将球形隔热件1层的缝隙填满，停止浸渍，得待压隔热料；
S4：首先在0.5MPa压强下将待压隔热料模压20min，在75℃温度下，热处理4h，即得到表面增强的隔热材料。
所制备的隔热材料在室温下导热系数为0.034W/m·K，压缩强度为4.58MPa。
实施例3：
一种表面增强的隔热材料，结构如图1所示，包括含有胶粘剂的隔热表层2和不含胶粘剂的隔热芯材3，其中隔热表层2由粒径为50mm的球形隔热件1以及分布在球形隔热件1间的胶粘剂经粘结形成，球形隔热件1和隔热芯材3均由纳米隔热材料形成，所述胶粘剂为铝溶胶。
一种表面增强的隔热材料的制备方法，具体工艺如下：
S1：将纳米二氧化硅气凝胶、玄武岩纤维、炭黑按质量比80∶30∶20的比例混合均匀，取一部分混合物料在模具中模压成型出球形隔热件1，一部分直接模压成型出纳米隔热板材作隔热芯材3，所述球形隔热件1的直径为50mm，其中模压压强为1.5MPa；
S2：铺料，首先在模具底部铺放球形隔热件1，然后将隔热芯材3铺放在球形隔热件1上方，继续铺放球形隔热件1，使球形隔热件1分布在隔热芯材3的四周；
S3：采用真空浸渍的方式将铝溶胶填充到S2的球形隔热件1间的缝隙中，待铝溶胶从隔热材料表面溢出，停止浸渍，得待压隔热料；
S4：首先在1MPa下将待压隔热料模压20min，然后在130℃温度下，热处理3h，即得到表面增强的隔热材料。
所制备的隔热材料在室温下导热系数为0.035W/m·K，压缩强度为4.98MPa。
对比例1：
与实施例1的不同之处在于，所述隔热材料中不含球形隔热件1的结构和胶粘剂，仅仅是由气相二氧化硅、玻璃纤维、氧化锆按实施例1的混合比例混合并在模具中模压成型得到。制得的隔热材料在室温下的导热系数为0.028W/m·K，常温下耐压强度为1.95MPa。
对比例2：
与实施例2的不同之处在于，所述隔热材料中不含球形隔热件1的结构和胶粘剂，仅仅是由气相二氧化钛、硅酸铝纤维、碳化硅按实施例2的混合比例混合并在模具中模压成型得到。制得的隔热材料在室温下的导热系数为0.029W/m·K，压缩强度为1.85MPa。
对比例3：
与实施例3的不同之处在于，所述隔热材料中不含球形隔热件1的结构和胶粘剂，仅仅是由纳米二氧化硅气凝胶、玄武岩纤维、炭黑按实施例3的混合比例混合并在模具中模压成型得到。制得的隔热材料在室温下的导热系数为0.031W/m·K，压缩强度为1.99MPa。
将实施例1-3和对比例1-3的导热系数和压缩强度对比可知，本发明制备的表面增强的隔热材料隔热性能没有明显减弱，压缩强度得到增强。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种表面增强的隔热材料，其特征在于，包括隔热表层和设置于隔热表层内部的隔热芯材，隔热表层包括球形隔热件以及填充在球形隔热件间的胶粘剂，球形隔热件和隔热芯材均为纳米隔热材料。
2.如权利要求1所述的一种表面增强的隔热材料，其特征在于，所述胶粘剂为酚醛树脂、环氧树脂、硅溶胶、铝溶胶中的一种或多种；所述纳米隔热材料包括纳米颗粒、增强纤维和填料，所述纳米颗粒、填料、增强纤维的质量比为（60~80）∶（15~30）∶（5~20）。
3.如权利要求1所述的一种表面增强的隔热材料，其特征在于，球形隔热件的粒径为5-50mm。
4.一种权利要求1所述的表面增强的隔热材料的制备方法，其特征在于，具体制备工艺如下：
S1：按比例将纳米颗粒、增强纤维、填料混合均匀得到混合物料，取一部分混合物料在模具中模压成型出球形隔热件，另一部分直接模压成型出隔热芯材；
S2：铺料：首先在模具底部铺放球形隔热件，然后将隔热芯材铺放在球形隔热件上方，继续铺放球形隔热件，使隔热芯材各表面处均布设有球形隔热件；
S3：向模具中加入胶粘剂，胶粘剂填充至步骤S2布设的球形隔热件间的缝隙中，得待压隔热料；
S4：在0.2-1MPa下对待压隔热料进行模压，然后热处理即得到表面增强的隔热材料。
5.如权利要求4所述的一种表面增强的隔热材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，采用浇注或真空浸渍的方式填充胶粘剂。
6.如权利要求4所述的一种表面增强的隔热材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为70-140℃，时间为1-6h。
7.如权利要求4所述的一种表面增强的隔热材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，成型压强为0.2-1.5MPa。
8.如权利要求4所述的一种表面增强的隔热材料的制备方法，其特征在于，所述填料为氧化锆、硅酸锆、六钛酸钾、碳化硅、氧化钛、炭黑、氧化铁中的一种或多种。
9.如权利要求4所述的一种表面增强的隔热材料的制备方法，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
10.如权利要求4所述的一种表面增强的隔热材料的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒为气相二氧化硅、气相二氧化钛、气相三氧化铝、纳米气凝胶中的一种或多种。
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