一种高性能气凝胶隔热材料及其制备方法

本发明涉及高性能隔热材料制备，具体为一种高性能气凝胶隔热材料及其制备方法。

背景技术：

1、气凝胶是一种极轻、多孔且高度多孔的固体材料，它的结构类似于泡沫，但比泡沫更轻，具有更高的孔隙率和更细小的孔隙结构，气凝胶由于其高度多孔的结构，其中孔隙充满气体，几乎没有固体材料，因此即使在保持良好隔热性能的同时也能减少材料的重量，适用于一些对重量要求较高的场景，除此之外，气凝胶还具有良好的吸声性能，可以有效减少声音传播，因此在建筑、航空航天、能源等领域得到广泛应用。

2、目前的气凝胶材料多采用二氧化硅或其他氧化物组成，其具备材质轻，孔隙率高的特点，但是抗拉强度和抗压强度等力学性能较为一般，因此，本发明旨在提供一种高性能气凝胶隔热材料及其制备方法，旨在通过采用增添纤维材料来提高气凝胶材料力学性能，同时让其具备良好的隔热性能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高性能气凝胶隔热材料及其制备方法，解决了目前的气凝胶材料抗拉强度和抗压强度等力学性能较为一般的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高性能气凝胶隔热材料，包括以下重量份的原料：

3、二氧化硅前驱体：25份～45份；

4、气凝胶稳定剂：3～10份；

5、气凝胶促进剂：1～4份；

6、气凝胶结构控制剂：1～2份；

7、气凝胶表面改性剂：2～3份；

8、混合基料：2～7份，所述混合基料由以下的方法步骤制备而成：

9、步骤一、将乳化剂、二氧化硅、氧化铝颗粒和羟甲基纤维素置入水中，加热搅拌1～2h，降温至室温后得到混合物一；

10、步骤二、在混合物a中加入聚酰亚胺纤维，经过搅拌后得到混合物二；

11、步骤三、将步骤二得到的混合物二加入硫酸镁饱和溶液中进行加热，同时添加聚丙烯纤维并搅拌2～3h，经过过滤后得到混合基料成品。

12、优选的，所述二氧化硅前驱体为硅酸酯溶胶、硅酸酯、四乙氧基硅烷、二氧化硅纳米颗粒中的其中一种。

13、优选的，所述气凝胶稳定剂为十六烷基三甲基溴化铵、胶体硅、聚乙烯醇中的其中一种。

14、优选的，所述气凝胶促进剂为硼酸、氯化铵和氢氧化钠中的其中一种。

15、优选的，所述气凝胶结构控制剂为乙二醇、丙二醇、氯化铵中的其中一种。

16、优选的，所述气凝胶表面改性剂为甲基三氯硅烷、丙烯酸酯、硅氧烷偶联剂中的其中一种。

17、一种高性能气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下方法步骤：

18、s1、前期准备：测量和准备所需的各种原料和试剂，准备干燥的容器和工具；

19、s2、制备气凝胶前驱体溶胶：在容器中将二氧化硅前驱体加入水中，搅拌均匀形成溶胶；

20、s3、添加稳定剂和促进剂：将气凝胶稳定剂、气凝胶促进剂和溶胶按照1：0.5：6的配比进行搅拌混合，得到混合物；

21、s4、添加结构控制剂和表面改性剂：将气凝胶结构控制剂、气凝胶表面改性剂和混合物搅拌混合至均匀分散，得到混配溶胶；

22、s5、ph值调整：调整混配溶胶的ph值，将调整后的溶胶放置在容器中，让其自然凝胶化，形成气凝胶凝胶体；

23、s6、凝胶体处理：将形成的气凝胶凝胶体进行成型处理，获得所需形状和尺寸；

24、s7、干燥：将处理后的气凝胶凝胶体置于干燥设备中，进行干燥处理以去除水分，气凝胶凝胶体的干燥温度控制在65～85℃，干燥时间为6小时～10小时，最终得到高性能气凝胶隔热材料成品。

25、优选的，所述s2步骤中，二氧化硅前驱体和水的比例为1：8，溶胶的搅拌速度为220rpm～350rpm。

26、优选的，所述s4步骤中，气凝胶结构控制剂、气凝胶表面改性剂和混合物的比例为1：2：9。

27、优选的，所述s5步骤中，溶胶的ph值范围控制在6.5～7.5，调节材料为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、硫酸铵中的其中一种或两种以上的组合。

28、本发明提供了一种高性能气凝胶隔热材料及其制备方法。具备以下有益效果：

29、1、本发明通过在气凝胶隔热材料的制备过程中加入由纤维材料混配制成的混合基料，可以增强材料的机械强度和耐久性，使其更具结构稳定性和使用寿命。

30、2、本发明通过纤维材料的组合，可以增强气凝胶隔热材料抗压性能、耐磨性等，使其在隔热、机械强度、耐久性等方面表现更优秀，适用于不同的应用场景。

31、3、本发明通过采用凝胶法配合低温干燥工艺，可以使得制备的气凝胶具有均匀的孔结构，具有低密度和高孔隙率，使其具有轻质性和优秀的吸音性能，有利于提高材料的性能稳定性和可控性。

技术特征：

1.一种高性能气凝胶隔热材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：

2.根据权利要求1所述的一种高性能气凝胶隔热材料，其特征在于，所述二氧化硅前驱体为硅酸酯溶胶、硅酸酯、四乙氧基硅烷、二氧化硅纳米颗粒中的其中一种。

3.根据权利要求1所述的一种高性能气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶稳定剂为十六烷基三甲基溴化铵、胶体硅、聚乙烯醇中的其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种高性能气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶促进剂为硼酸、氯化铵和氢氧化钠中的其中一种。

5.根据权利要求1所述的一种高性能气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶结构控制剂为乙二醇、丙二醇、氯化铵中的其中一种。

6.根据权利要求1所述的一种高性能气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶表面改性剂为甲基三氯硅烷、丙烯酸酯、硅氧烷偶联剂中的其中一种。

7.一种高性能气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，依据权利要求1-6任一项所述的一种高性能气凝胶隔热材料，包括以下方法步骤：

8.根据权利要求7所述的一种高性能气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述s2步骤中，二氧化硅前驱体和水的比例为1：8，溶胶的搅拌速度为220rpm～350rpm。

9.根据权利要求7所述的一种高性能气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述s4步骤中，气凝胶结构控制剂、气凝胶表面改性剂和混合物的比例为1：2：9。

10.根据权利要求7所述的一种高性能气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述s5步骤中，溶胶的ph值范围控制在6.5～7.5，调节材料为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、硫酸铵中的其中一种或两种以上的组合。

技术总结本申请涉及高性能隔热材料制备技术领域，公开了一种高性能气凝胶隔热材料及其制备方法，该气凝胶隔热材料包括以下重量份的原料：二氧化硅前驱体：25份～45份；气凝胶稳定剂：3～10份；气凝胶促进剂：1～4份；气凝胶结构控制剂：1～2份；气凝胶表面改性剂：2～3份；混合基料：2～7份，所述混合基料由以下的方法步骤制备而成：步骤一、将乳化剂、二氧化硅、氧化铝颗粒和羟甲基纤维素置入水中，加热搅拌1～2h，降温至室温后得到混合物一；步骤二、在混合物A中加入聚酰亚胺纤维，经过搅拌后得到混合物二。通过在气凝胶隔热材料的制备过程中加入由纤维材料混配制成的混合基料，可以增强材料的机械强度和耐久性，使其更具结构稳定性和使用寿命。技术研发人员：王征,张焕君,李海宁,张子龙,朱家成,程学瑞受保护的技术使用者：郑州轻工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18