本发明涉及隔热材料领域，尤其涉及一种耐高温气凝胶隔热材料及其制备方法。
背景技术：
气凝胶隔热复合材料作为一种新型隔热材料，因其轻质、高效隔热等特点受到各国宇航领域材料研究者们的青睐，尤其是硅氧基气凝胶材料得到了广泛的研究与应用，如何提高气凝胶隔热复合材料的耐温性、抗高温氧化性以提高高温隔热效果是本领域技术人员极为关注的技术问题；
传统耐高温气凝胶隔热材料的耐高温性能、隔热性能以及力学性能均存在一定程度上的缺陷，如何改善传统耐高温气凝胶隔热材料耐高温性能，隔热性能以及力学性能缺陷的问题，以获取更高综合性能的耐高温气凝胶隔热材料，显得十分重要，同时气凝胶材料本身具有极大的脆性，制备过程无可避免地会产生裂纹，造成其性能受到影响，因此，本发明提出一种耐高温气凝胶隔热材料及其制备方法，以解决现有技术中的不足之处。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出一种耐高温气凝胶隔热材料及其制备方法，制备出的耐高温气凝胶隔热材料的耐高温性能好，通过加入增强纤维和泡沫陶瓷复合材料等作为辅助添加材料，可以有效提高耐高温气凝胶隔热材料的韧性，不易在制备过程中产生裂纹，通过对湿凝胶进行表面改性处理，能够在保留耐高温气凝胶隔热材料优异性能的前提下，显著提高耐高温气凝胶隔热材料与其他材料界面结合力学性能。
本发明提出一种耐高温气凝胶隔热材料，包括如下质量比成份：100-110份二氧化硅气凝胶、30-40份有机酚-醛类气凝胶、20-30份增强纤维、20-25份泡沫陶瓷复合材料、5-10份碳化硼、6-8份碳化硅、6-8份氮化硼、6-8份水镁石纤维、15-20份碳酸钠、10-12份第一改性剂、20-25份第二改性剂、8-12份分散剂和150-160份去离子水。
进一步改进在于：包括如下质量比成份：105份二氧化硅气凝胶、35份有机酚-醛类气凝胶、25份增强纤维、22份泡沫陶瓷复合材料、8份碳化硼、7份碳化硅、7份氮化硼、7份水镁石纤维、18份碳酸钠、11份第一改性剂、22份第二改性剂、10份分散剂和155份去离子水。
进一步改进在于：所述增强纤维包括碳纤维、石棉纤维、玻璃纤维和石墨纤维，所述第一改性剂为正己烷，所述第二改性剂为所述改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物。
进一步改进在于：所述泡沫陶瓷复合材料为正硅酸乙脂、乙醇和水混合后与陶瓷纤维按照1:10的比例进行混合搅拌后，再经过真空渗浸技术填充到泡沫陶瓷内部凝胶化形成的泡沫陶瓷复合材料。
一种耐高温气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将水镁石纤维和分散剂进行混合，对水镁石纤维进行劈分；
步骤二：将劈分后的水镁石纤维与增强纤维利用模具按照一定的排列顺序进行铺排，然后利用模具对排列好的水镁石纤维与增强纤维进行固定，得到复合纤维；
步骤三：将三分之二的去离子水与第一改性剂进行混合，得到稀释改性剂，然后将复合纤维在稀释改性剂内进行减压浸泡，然后进行过滤，回收滤液，得到湿复合纤维；
步骤四：制备前处理液，将碳酸钠与三分之一的去离子水进行混合搅拌，然后静置1-2天后对湿复合纤维进行浸泡，然后过滤掉滤液，留取湿复合纤维；
步骤五：将碳化硼、碳化硅和氮化硼进行混合研磨，制成强化剂，然后利用强化剂对湿复合纤维进行混合包覆，得到强化湿复合纤维；
步骤六：将二氧化硅气凝胶和有机酚-醛类气凝胶加入反应釜内进行混合，再将强化湿复合纤维和泡沫陶瓷复合材料加入反应釜内进行混合，然后进行分散，得到湿凝胶；
步骤七：利用第二改性剂对湿凝胶依次进行陈化，然后对陈化后的湿凝胶依次进行老化、表面改性和干燥处理，制成耐高温气凝胶隔热材料。
进一步改进在于：所述步骤三中将复合纤维在稀释改性剂内进行减压浸泡时，控制减压浸泡在密封容器内进行，控制密封容器内温度为38-45摄氏度，压强为0.82-0.85兆帕，浸泡时间为40-60分钟。
进一步改进在于：所述步骤四中将碳酸钠与三分之一的去离子水进行混合搅拌时，需要控制搅拌温度为50-55摄氏度，搅拌时间为10-15分钟，对湿复合纤维进行浸泡的时间控制为2-4小时。
进一步改进在于：所述步骤六中二氧化硅气凝胶和有机酚-醛类气凝胶加入反应釜内进行混合时，控制反应釜内温度为45-55摄氏度，混合时间控制为20-30分钟，强化湿复合纤维和泡沫陶瓷复合材料加入反应釜内进行混合时，调节反应釜内温度上升至60-65摄氏度，然后利用超声波分散设备进行分散8-12分钟，得到湿凝胶。
进一步改进在于：所述步骤七中对湿凝胶进行陈化时，将湿凝胶和第二改性剂放入压强大小为0.80-0.82兆帕的密封容器内进行混合，然后在45摄氏度的恒温下进行保温2小时；对湿凝胶进行老化时，利用步骤三中回收的滤液对湿凝胶进行清洗2-3次。
进一步改进在于：所述步骤七中对湿凝胶进行表面改性时，将湿凝胶放入水中通氧的环境中，利用超声波对湿凝胶表面进行微氧化亲水改性；对湿凝胶进行干燥时，采用微波干燥、常压干燥、超临界干燥、亚临界干燥或冷冻干燥中的任意一种方式进行干燥。
本发明的有益效果为：本发明制备出的耐高温气凝胶隔热材料的耐高温性能好，通过加入增强纤维和泡沫陶瓷复合材料等作为辅助添加材料，可以有效提高耐高温气凝胶隔热材料的韧性，不易在制备过程中产生裂纹，通过在制备过程中利用第一改性剂增强纤维进行处理以及利用第二改性剂对湿凝胶进行陈化处理，能够有效提高耐高温气凝胶隔热材料的综合性能，通过对湿凝胶进行表面改性处理，能够在保留耐高温气凝胶隔热材料优异性能的前提下，显著提高耐高温气凝胶隔热材料与其他材料界面结合力学性能。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
一种耐高温气凝胶隔热材料，包括如下质量比成份：100份二氧化硅气凝胶、30份有机酚-醛类气凝胶、20份增强纤维、20份泡沫陶瓷复合材料、5份碳化硼、6份碳化硅、6份氮化硼、6份水镁石纤维、15份碳酸钠、10份第一改性剂、20份第二改性剂、8份分散剂和150份去离子水。
所述增强纤维包括碳纤维、石棉纤维、玻璃纤维和石墨纤维，所述第一改性剂为正己烷，所述第二改性剂为所述改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷的多种混合物。
所述泡沫陶瓷复合材料为正硅酸乙脂、乙醇和水混合后与陶瓷纤维按照1:10的比例进行混合搅拌后，再经过真空渗浸技术填充到泡沫陶瓷内部凝胶化形成的泡沫陶瓷复合材料。
实施例二
一种耐高温气凝胶隔热材料，包括如下质量比成份：105份二氧化硅气凝胶、35份有机酚-醛类气凝胶、25份增强纤维、22份泡沫陶瓷复合材料、8份碳化硼、7份碳化硅、7份氮化硼、7份水镁石纤维、18份碳酸钠、11份第一改性剂、22份第二改性剂、10份分散剂和155份去离子水。
所述增强纤维包括碳纤维、石棉纤维、玻璃纤维和石墨纤维，所述第一改性剂为正己烷，所述第二改性剂为所述改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷的多种混合物。
所述泡沫陶瓷复合材料为正硅酸乙脂、乙醇和水混合后与陶瓷纤维按照1:10的比例进行混合搅拌后，再经过真空渗浸技术填充到泡沫陶瓷内部凝胶化形成的泡沫陶瓷复合材料。
实施例三
一种耐高温气凝胶隔热材料，包括如下质量比成份：110份二氧化硅气凝胶、40份有机酚-醛类气凝胶、30份增强纤维、25份泡沫陶瓷复合材料、10份碳化硼、8份碳化硅、8份氮化硼、8份水镁石纤维、20份碳酸钠、12份第一改性剂、25份第二改性剂、12份分散剂和160份去离子水。
所述增强纤维包括碳纤维、石棉纤维、玻璃纤维和石墨纤维，所述第一改性剂为正己烷，所述第二改性剂为所述改性剂为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷的多种混合物。
所述泡沫陶瓷复合材料为正硅酸乙脂、乙醇和水混合后与陶瓷纤维按照1:10的比例进行混合搅拌后，再经过真空渗浸技术填充到泡沫陶瓷内部凝胶化形成的泡沫陶瓷复合材料。
实施例四
一种耐高温气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将水镁石纤维和分散剂进行混合，对水镁石纤维进行劈分；
步骤二：将劈分后的水镁石纤维与增强纤维利用模具按照一定的排列顺序进行铺排，然后利用模具对排列好的水镁石纤维与增强纤维进行固定，得到复合纤维；
步骤三：将三分之二的去离子水与第一改性剂进行混合，得到稀释改性剂，然后将复合纤维在稀释改性剂内进行减压浸泡，控制减压浸泡在密封容器内进行，控制密封容器内温度为40摄氏度，压强为0.84兆帕，浸泡时间为50分钟，然后进行过滤，回收滤液，得到湿复合纤维；
步骤四：制备前处理液，将碳酸钠与三分之一的去离子水进行混合搅拌，需要控制搅拌温度为52摄氏度，搅拌时间为12分钟，然后静置1.5天后对湿复合纤维进行浸泡，浸泡的时间控制为3小时，然后过滤掉滤液，留取湿复合纤维；
步骤五：将碳化硼、碳化硅和氮化硼进行混合研磨，制成强化剂，然后利用强化剂对湿复合纤维进行混合包覆，得到强化湿复合纤维；
步骤六：将二氧化硅气凝胶和有机酚-醛类气凝胶加入反应釜内进行混合，控制反应釜内温度为50摄氏度，混合时间控制为25分钟，调节反应釜内温度上升至62摄氏度，再将强化湿复合纤维和泡沫陶瓷复合材料加入反应釜内进行混合，然后利用超声波分散设备进行分散10分钟，得到湿凝胶；
步骤七：利用第二改性剂对湿凝胶依次进行陈化，将湿凝胶和第二改性剂放入压强大小为0.81兆帕的密封容器内进行混合，然后在45摄氏度的恒温下进行保温2小时，然后对陈化后的湿凝胶依次进行老化、表面改性和干燥处理，对湿凝胶进行老化时，利用步骤三中回收的滤液对湿凝胶进行清洗2次，对湿凝胶进行表面改性时，将湿凝胶放入水中通氧的环境中，利用超声波对湿凝胶表面进行微氧化亲水改性；对湿凝胶进行干燥时，采用微波干燥方式进行干燥，制成耐高温气凝胶隔热材料。
根据实施例一、实施例二和实施例三可以得出，本发明中通过质量比成份为：100-110份二氧化硅气凝胶、30-40份有机酚-醛类气凝胶、20-30份增强纤维、20-25份泡沫陶瓷复合材料、5-10份碳化硼、6-8份碳化硅、6-8份氮化硼、6-8份水镁石纤维、15-20份碳酸钠、10-12份第一改性剂、20-25份第二改性剂、8-12份分散剂和150-160份去离子水制备出的耐高温气凝胶隔热材料耐高温性能最好，同时气凝胶隔热材料不易出现裂纹，韧性和强度好，与其他材料界面结合力学性能高。
本发明制备出的耐高温气凝胶隔热材料的耐高温性能好，通过加入增强纤维和泡沫陶瓷复合材料等作为辅助添加材料，可以有效提高耐高温气凝胶隔热材料的韧性，不易在制备过程中产生裂纹，通过在制备过程中利用第一改性剂增强纤维进行处理以及利用第二改性剂对湿凝胶进行陈化处理，能够有效提高耐高温气凝胶隔热材料的综合性能，通过对湿凝胶进行表面改性处理，能够在保留耐高温气凝胶隔热材料优异性能的前提下，显著提高耐高温气凝胶隔热材料与其他材料界面结合力学性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。