一种绝热二氧化硅气凝胶/羟基化玻璃纤维毡复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种绝热二氧化娃气凝胶/径基化玻璃纤维拉复合材料及其制备方 法，属于气凝胶复合材料制备技术领域。 技术背景
[0002] 二氧化娃气凝胶是一种高比表面积、低密度且具有=维纳米孔结构的超轻多孔材 料，有独特的光学、声学、电学、热学优良性能，在航空、航天、冶金、石油化工W及节能建材 领域有着广泛的应用前景。
[0003]目前，国内外学者及企业对气凝胶的制备及应用进行了广泛的研究，采用有机娃 作为娃源，利用溶融一凝胶工艺，经过干燥处理后，即可形成二氧化娃气凝胶。但是，因为密 度极低（约为空气密度的1/6~1/3)，比表面积极高，孔隙率高达99%，导致机械强度特 低、大块状气凝胶成型困难，极大地限制了该材料的应用，因此，必须对二氧化娃气凝胶进 行增强增初的改进W便满足各种形式的隔热需要，并实现气凝胶产业化应用。
[0004] 常用的干燥工艺多为临界、或超临界干燥，此工艺伴随着高溫高压环境，在反应蓋 中长时间进行干燥处理，在此苛刻条件下进行工业化生产，具有一定的危险性，因而致力于 常压干燥气凝胶工艺，将有利于气凝胶的工业化生产。
[0005] 气凝胶因自身的特殊结构，决定了强度极低，从而难于进行大块状、板状等各型材 的生产，根据某些特殊应用领域的要求，需对气凝胶进行复合化处理，要求在既保证气凝胶 性能的同时，提高材料整体的机械强度，和复合材料的加工性能。
[0006] 中国专利CN1592651A提供了一种气凝胶绝热复合材料的制备方法，该工艺制备 的气凝胶复合材料性能较好，相对成本较高，主要采用超临界干燥工艺，在工业化生产中具 有一定的危险性，不利于工业化大规模生产。
[0007] 中国专利CN103342537A提供了 一种耐高溫氧化侣气凝胶材料的制备方法，此工 艺制备的气凝胶强度高，块状大，表现出了较大的市场开发前景，但是因为需要超临界设 备，同时需要经过高溫高压处理，因而，对于商业化生产还有一定的局限性。
[0008] 中国专利CN102351506A提供了一种块状耐高溫娃-炭复合气凝胶材料的制备方 法，该气凝胶耐高溫性能差和强度不易成型的缺点，制备的气凝胶可W在l〇〇〇°CW上高溫 长时间使用，具有低密度、大比表面积、大孔容、高强度、耐高溫特性。该材料的最大优点是 耐1000°C的高溫，但其材料的柔初性和使用寿命有限。不利于大规模生产。
【发明内容】
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[0009] 本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种绝热二氧化娃气凝胶/玻璃纤维 拉复合材料及其制备方法，其特点是W二氧化娃气凝胶为基体，强度高达132KPa，密度在 200~250mg/cm3,导热系数（25°C)不大于0. 025W/m'K，燃烧性能等级高，与径基化玻璃纤 维拉为增强体（质量分数占比5%~60% )，制备二氧化娃气凝胶/玻璃纤维拉复合材料， 该复合材料具有高强度、低密度、高柔初性及低导热率的优良综合性能。
[0010] 本发明的目的由W下技术措施实现，其中所述原料份数，除特殊说明外均为重量 份数。
[0011] 绝热二氧化娃气凝胶/径基化玻璃纤维拉复合材料的起始原料由W下组分制成：
[0012] 二氧化娃气凝胶为基体， 50~80份
[0013] 径基化玻璃纤维拉作为增强体70~120份。
[0014] 绝热二氧化娃气凝胶复合材料的制备方法包括W下步骤：
[0015] 1)将去离子水、无水乙醇、六甲基二硅氧烷按重量计为：18~36 : 230~460 : 0. 8~2. 4,在溫度30~78°C，加入摩尔浓度为0. 5~Imol/L的水解催化剂0. 1~0. 3份 后，滴加正娃酸乙醋208份，反应0. 5~化，制得具有MQ结构的娃溶胶体系，溶胶体系中M 基团为（CH3)3Si〇i/2,Q基团为Si〇4/2,M与Q结构的摩尔比1 : 30~100,并经过充分揽拌 2~lOh，制得具有MQ结构的娃溶胶体系；
[0016] 2)对玻璃纤维拉进行径基化处理，将玻璃纤维拉在浓度为30% -40%的丙酬溶 液中浸泡30min后，用去离子水冲洗，氮气吹干，W除去表面吸附的杂质。将清洁过的玻璃 纤维拉置于98%浓硫酸与30%双氧水的混合溶液，体积比为3 : 1中，于溫度105°C反应 30min，冷后取出，去离子水冲洗，氮气吹干，制得径基化玻璃纤维拉；
[0017] 3)在步骤1)得到的娃溶胶体系中，加入摩尔浓度为0.5~Imol/L凝胶催化剂 20~60份，将步骤2)得到的径基化玻璃纤维拉浸没到所得娃溶胶体系中，在溫度20~ 80°C凝胶化，然后陈化处理12~2地，即制得玻璃纤维拉一二氧化娃湿凝胶复合材料；
[0018] 4)将步骤3)中的玻璃纤维拉与二氧化娃湿凝胶复合材料用正己烧500份，在溫度 20~40°C浸泡处理2~1化后弃去浸泡液，反复处理3次；
[0019] 5)对步骤4)中浸泡后的玻璃纤维拉与二氧化娃湿凝胶预制板，在溫度为50~ 120°C，压力为0.Olpa~5pa，时间为1~化；进行干燥处理，获得绝热二氧化娃气凝胶/径 基化玻璃纤维拉复合材料。
[0020] 所述玻璃纤维拉为无碱玻璃纤维，堆积密度为0. 1~0. 15g/cm3,纤维平均直径为 1~10ym，长径比平均值为10~1000。
[0021] 所述水解催化剂为盐酸。
[0022] 所述凝胶催化剂为氨水。
[0023] 结构表征与性能测试：
[0024] 1、采用GB/T10294-2008测试导热系数；详见表1所示。
[00巧]结果表明：本方法所制备的复合材料导热系数低，达到业内同类材料领先水平。
[0026] 2、采用GB/T8624-2006测试燃烧性能；详见表1所示。
[0027] 结果表明期达到国家A1级标准。
[002引本发明具有W下优点：
[0029] 采用六甲基二硅氧烷为娃源，并经过正娃酸乙醋，形成具有一定比例的具有MQ结 构（配比1 :30~100)的娃溶胶体系，实现了气凝胶体系整体结构的改性，使其具备疏水基 团，为基体的疏水性提供了 一定的保证。
[0030] 对玻璃纤维拉进行径基化预处理，在复合材料复合过程中，实现使娃溶胶中的径 基和玻璃纤维拉中的径基发生缩合脱水反应，，最终实现复合材料界面的化学键结合，，从 而增加了复合界面的结合强度，为复合材料的性能稳定性奠定了基础。
[0031] 采用负压干燥处理工艺，其工艺简单、成本低、过程安全可控，从而获得产品性能 稳定性好、综合性能优良的二氧化娃气凝胶绝热复合材料。
【具体实施方式】
[0032] 下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于 对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人 员可W根据上述本发明的内容对本发明作出一些非本质性的改进和调整。
[0033] 实施例1
[0034] 绝热二氧化娃气凝胶/径基化玻璃纤维拉复合材料的起始原料由W下组分制成：
[0035] 二氧化娃气凝胶为基体， 50份
[0036] 径基化玻璃纤维拉作为增强体70份。
[0037] 绝热二氧化娃气凝胶复合材料的制备方法包括W下步骤：
[0038] 1)将去离子水、无水乙醇、六甲基二硅氧烷按质量计为：18 : 230 : 0.8,在溫度 30°C，加入摩尔浓度为0. 5mol/L的水解催化剂盐酸0. 1份后，滴加正娃酸乙醋208份，反应 0. 5h，W控制溶胶体系中M基团为（C册)3Si〇i/2,Q基团为Si〇4/2,M与Q结构的摩尔比1 : 30,并经过充分揽拌化，制得具有MQ结构的娃溶胶体系；
[0039] 2)对玻璃纤维拉进行径基化处理，将玻璃纤维拉在浓度为30 %-的丙酬溶液中浸 泡30min后，用去离子水冲洗，氮气吹干，W除去表面吸附的杂质。将清洁过的玻璃纤维拉 置于98%浓硫酸与30%双氧水的混合溶液（体积比为3 : 1)中，于溫度105°C反应30min， 冷后取出，去离子水冲洗，氮气吹干，制得径基化玻璃纤维拉；
[0040] 3)在步骤1)得到的娃溶胶体系中，加入摩尔浓度为0.5mol/L凝胶催化剂氨水20 份，将步骤2)得到的径基化玻璃纤维拉浸没到所得娃溶胶体系