一种超轻气凝胶基真空绝热板及其制备方法

1.本发明涉及绝热材料领域，尤其涉及一种超轻气凝胶基真空绝热板及其制备方法。


背景技术：

2.真空绝热板是指导热系数低于11.5mw/(m
·
k)的超级绝热保温材料，主要由芯材、膜材、吸气剂组成，是目前导热系数最低的保温材料。在同等厚度条件下，真空绝热板具有10倍于传统材料的绝热性能，由于其优异的隔热性能，可用于建筑、冰箱、冷链运输等相关行业。由于芯材为真空绝热板的核心结构，以芯材进行划分，市面上主要存在两种类型，即纤维类真空绝热板和气相二氧化硅类真空绝热板。纤维类真空绝热板具有极低的导热系数，可低至1.5mw/(m
·
k)，但密度较高，在300kg/m3左右，同时纤维类真空绝热板对真空度要求较高，板内真空度高于几十帕时，丧失保温性能，因此寿命较短，只有5年到15年，且芯材回弹率高；气相二氧化硅类真空绝热板导热系数在4.5mw/(m
·
k)左右，密度较低，在190～220kg/m3左右，寿命略长，15～25年。而板材使用寿命的长短主要由大气中空气、水蒸气通过阻隔膜逐渐渗透进真空绝热板内导致，当板材内部气压过高时，真空绝热板将失去保温性能。
3.目前市面上售卖的二氧化硅类真空绝热板密度较高，为190～220kg/m3。现如今的远距离冷链物流系统保冷设施包括冷藏车、蓄冷箱、保温箱等，均需要大量的真空绝热板作为保温材料，由于货物的运输中所需路程较远，真空绝热板自身的密度过重，会影响运输的成本。因此，若板材密度越低，所得到的经济效益便会更高，同时密度越低，板材自身成本也会降低；当制备方法采用干法压制，纤维和粉体搅拌时相互包裹而出现成团现象，造成芯材鼓包、开裂，影响成品率，同时芯材容易掉粉，还需无纺布包裹才能防止芯材溃散。施工人员将芯材装袋时，由于粉尘污染，严重影响工人的身体健康，同时也增加了真空封装时的难度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种超轻气凝胶基真空绝热板及其制备方法。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种超轻气凝胶基真空绝热板，包括以下原料：疏水二氧化硅气凝胶粉体、增韧剂、水、胶粘剂、遮光剂、表面活性剂；其中，疏水二氧化硅气凝胶粉体为12～40份，增韧剂为5～20份，水为30～60份，胶粘剂为5～25份，遮光剂为3～5份，表面活性剂1～5份。
7.所述二氧化硅气凝胶真空绝热板的密度100～150kg/m3，导热系数3.0～3.8mw/(m
·
k)；二氧化硅气凝胶芯材的质量吸湿率为0.5％～0.8％，憎水率为98.9％，燃烧等级为a2级。
8.所述的一种超轻气凝胶基真空绝热板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
9.1)浆料配制：在容器中加入胶粘剂、水、表面活性剂，通过搅拌使其混合均匀，然后在持续高速搅拌的过程中加入疏水二氧化硅气凝胶粉体，最后再加入遮光剂和增韧剂；
10.2)芯材成型：将第一步混合均匀后的浆料倒入模具，干燥得到二氧化硅气凝胶芯材；
11.3)真空密封：将干燥后的芯材切割成固定形状后，放入阻隔袋中，抽真空，热封得到二氧化硅气凝胶真空绝热板。
12.本发明，步骤2)中干燥方法如下：在倒入有浆料的模具表面覆盖平整的金属板材，随后放入烘箱内干燥，最后取下金属板材，继续干燥，即得二氧化硅气凝胶芯材。
13.所述胶粘剂为酚醛乳液、有机硅乳液、无机硅树脂、苯丙乳液、纳米硅树脂、水性陶瓷树脂103、zt-8703无机树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、zt-8720无机阻燃树脂、聚脲中的一种或多种。
14.所述表面活性剂为kh 550、kh 560、kh570中的一种或多种。
15.所述遮光剂为碳化硅、炭黑、二氧化钛中的一种或多种。
16.所述增韧剂为碳纤维、珍珠岩、短切玻璃纤维、木质素、氧化钙、石灰、粉煤灰、硅酸铝纤维、增韧剂zt-8702、zt-7086、zt-8700中的一种或多种。
17.所述短切玻璃纤维的长为6mm，单丝直径为9、7或6μm。
18.相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
19.本发明采用疏水型二氧化硅气凝胶为主要原料，利用新型的湿法制备二氧化硅气凝胶真空绝热板。利用疏水型二氧化硅气凝胶极高的比表面积及优异的疏水性能，可以降低真空绝热板的真空敏感度，阻隔空气中水蒸气的渗入，提高真空绝热板材的使用寿命；同时制备的气凝胶真空绝热板导热系数为3.0～3.8mw/(m
·
k)，密度为100～150kg/m3，内部芯材不存在掉粉问题，具有优异的疏水性能和a级燃烧性能。
附图说明
20.图1为实施例1二氧化硅气凝胶绝热芯材图；
21.图2为实施例1二氧化硅气凝胶真空绝热板图。
具体实施方式
22.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
23.实施例1
24.一种二氧化硅气凝胶芯材，包括以下重量份数的原料：酚醛乳液5份、疏水型二氧化硅气凝胶40份、zt-8702增韧剂5份、水40份、炭黑5份、kh550硅烷偶联剂5份。
25.本实施例二氧化硅气凝胶真空绝热板的制备方法，包括以下步骤：
26.(1)将酚醛乳液、kh550硅烷偶联剂、水混合，倒入高速分散机中，以1000r/min搅拌5min；
27.(2)将疏水型二氧化硅气凝胶倒入上述搅拌后的液体中，以3000r/min高速搅拌10min；
28.(3)将zt-8702增韧剂、炭黑依次倒入上述搅拌后的膏体中，以2000r/min高速搅拌
5min；
29.(4)将步骤(3)得到的浆料浇筑到相应形状的模具中抹平，表面覆盖平整的金属板材，保持一定的压力；随后放入烘箱内常压80℃干燥24h，取下金属板材，继续干燥24h，即得二氧化硅气凝胶芯材；
30.(5)切割芯材至规定形状后，装入阻隔袋中，放入真空封装机进行抽真空操作，抽真空结束后，热封得到产品。
31.参见图1～2，分别为制备的二氧化硅气凝胶绝热芯材和二氧化硅气凝胶真空绝热板；将制备的产品进行测试，包括二氧化硅气凝胶真空绝热板密度、导热系数、二氧化硅气凝胶芯材质量吸湿率、憎水率、燃烧等级，数据结果见表1。
32.实施例2
33.一种二氧化硅气凝胶芯材，包括以下重量份数的原料：水性陶瓷树脂5份、疏水型二氧化硅气凝胶35份、短切玻璃纤维(6mm
×
9μm)10份、水40份、碳化硅4份、kh550硅烷偶联剂5份、炭黑1份。
34.本实施例二氧化硅气凝胶真空绝热板的制备方法，包括以下步骤：
35.(1)将水性陶瓷树脂、水、kh550硅烷偶联剂混合，倒入高速分散机中，以1000r/min搅拌5min；
36.(2)将疏水型二氧化硅气凝胶倒入上述搅拌后的液体中，以1000r/min高速搅拌10min；
37.(3)将短切玻璃纤维、炭黑、碳化硅依次倒入上述搅拌后的膏体中，以1000r/min高速搅拌5min；
38.(4)将步骤(3)得到的浆料浇筑到相应形状的模具中抹平，表面覆盖平整的金属板材，保持一定的压力；随后放入烘箱内常压80℃干燥24h，取下金属板材，继续干燥24h，即得二氧化硅气凝胶芯材；
39.(5)切割芯材至规定形状后，装入阻隔袋中，放入真空封装机进行抽真空操作，抽真空结束后，热封得到产品。
40.将产品进行测试，结果见表1。
41.实施例3
42.一种二氧化硅气凝胶芯材，包括以下重量份数的原料：水性陶瓷树脂5份、疏水型二氧化硅气凝胶35份、短切玻璃纤维(6mm
×
9μm)10份、水40份、碳化硅4份、kh550硅烷偶联剂5份、炭黑1份。
43.本实施例二氧化硅气凝胶真空绝热板的制备方法，包括以下步骤：
44.(1)将水性陶瓷树脂、kh550硅烷偶联剂、水混合，倒入高速分散机中，以1000r/min搅拌5min；
45.(2)将疏水型二氧化硅气凝胶倒入上述搅拌后的液体中，以1000r/min高速搅拌10min；
46.(3)将短切玻璃纤维、炭黑、碳化硅依次倒入上述搅拌后的膏体中，以2000r/min高速搅拌5min；
47.(4)将步骤(3)得到的浆料浇筑到相应形状的模具中抹平，再将浆料从模具中取出，表面不覆盖金属板材；随后放入烘箱内常压120℃干燥24h，即得二氧化硅气凝胶芯材；
48.(5)切割芯材至规定形状后，装入阻隔袋中，放入真空封装机进行抽真空操作，抽真空结束后，热封得到产品。
49.将产品进行测试得到以下结果：二氧化硅气凝胶真空绝热板密度140kg/m3、导热系数3.4m w/(m
·
k)；二氧化硅气凝胶芯材质量吸湿率0.9％、憎水率98.7％、燃烧等级为a2级。
50.实施例4
51.本实施例将胶黏剂更换为zt-8720无机阻燃树脂，将增韧剂更换为硅酸铝纤维，其余与实施例1相同。
52.将制备的产品进行测试，结果见表1。
53.对比例1
54.本对比例将疏水型二氧化硅气凝胶更换为疏水型气相二氧化硅，其余与实施例1相同。
55.将制备的产品进行测试，结果见表1。
56.对比例2
57.本对比例将增韧剂份数增加，疏水型二氧化硅气凝胶份数减少，其余与实施例1相同。
58.具体地，一种二氧化硅气凝胶芯材，包括以下重量份数的原料：酚醛乳液5份、疏水型二氧化硅气凝胶10份、zt-8702增韧剂35份、水40份、炭黑5份、kh550硅烷偶联剂5份。
59.将制备的产品进行测试，结果见表1。
60.表1
[0061][0062]
采用二氧化硅气凝胶作为一种新型隔热保温材料，其具有极高的比表面积(600～800m2/g)，平均孔径小于50nm，极低的振实密度(0.04g/cm3)，具有更低的真空敏感度和振实密度，本发明采用二氧化硅气凝胶取代气相二氧化硅，制备性能更加优异的真空绝热板。由此，本发明采用疏水型二氧化硅气凝胶为主要原料，添加增韧剂、胶粘剂、遮光剂、表面活性剂等其他助剂，替换干法压制，采用新型的湿法制备二氧化硅气凝胶真空绝热板，降低真空绝热板的真空敏感度，阻隔空气中水蒸气的渗入，提高真空绝热板材的使用寿命；利用二氧化硅气凝胶极低的振实密度，降低真空绝热板的密度从而实现生产、应用两方面经济效益最高化；利用湿法制备的方法，提高板材的强度，消除芯材的掉粉问题，保障施工人员的身
体健康；芯材也具有优异的a级燃烧性能。