耐高温气凝胶复合材料的制备方法及其应用与流程

本公开涉及桥梁建筑材料隔热，尤其是一种耐高温气凝胶复合材料的制备方法及其应用，具体是一种应用该耐高温气凝胶复合材料制备桥梁拉吊索防火护套的方法。

背景技术：

1、桥梁拉吊索主要为平行钢丝索和钢绞线拉索，常用锚固形式为冷铸锚和夹片锚。桥梁拉吊索结构均为钢构件，耐火性能差是钢结构的一个致命弱点。目前斜拉桥拉索通常采用高强钢丝或者钢绞线外包高密度聚乙烯(hdpe)护套形式，桥梁拉吊索护套采用的聚乙烯材料熔点低，在火灾下很容易燃烧造成内部钢丝裸露，难以在采取有效的抗火措施前，保证桥梁拉吊索结构体系的完整。因此，拉吊索抗火防护尤其是对于易燃易爆车辆流量较大的斜拉桥、悬索桥来说，拉吊索抗火防护就极其重要。

2、据不完全统计，中国每年均有多座桥梁发生不同程度的油罐车火灾，尤其是拉吊索桥梁，跨径大，结构整体柔度大，一旦发生火灾，不仅会造成人员重大伤亡，导致桥梁交通陷于瘫痪，同时会对桥梁结构造成整体或局部损伤，增加桥梁修复难度，损失不可估量。

3、因此，面对日益严峻的现实挑战，由于传统材料在耐高温、耐烧蚀、隔热等性能的不足，寻找能代替传统材料的新型耐高温、耐烧蚀、隔热能力强的耐火材料的需求越来越迫切，成为桥梁建筑材料隔热技术领域亟需解决的技术难题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、有鉴于此，针对现有的桥梁拉吊索防火护套耐高温、耐烧蚀、隔热能力差等问题，本发明的目的在于提供一种耐高温气凝胶复合材料的制备方法，以及应用该耐高温气凝胶复合材料制备桥梁拉吊索防火护套的方法。

3、(二)技术方案

4、为达到上述目的，本公开提供了一种耐高温气凝胶复合材料的制备方法，包括：

5、采用溶胶-凝胶法制备耐高温气凝胶前躯体；

6、将耐高温气凝胶前躯体与纤维毡进行真空浸渍复合，得到耐高温气凝胶前躯体浸渍的纤维毡；以及

7、使用超临界干燥技术对耐高温气凝胶前躯体浸渍的纤维毡进行干燥，得到耐高温气凝胶复合材料。

8、上述方案中，所述采用溶胶-凝胶法制备耐高温气凝胶前躯体，包括：选择特定种类及浓度的酸、碱来制备硅溶胶和铝溶胶；将硅溶胶加入到铝溶胶内，并将混合溶胶置于不同转速的机械作用下使其充分搅拌均匀；以及将环氧丙烷溶液加入到搅拌均匀的溶胶内，并且在不同转速的机械作用下进行水解，得到水解完全的硅铝溶胶作为耐高温气凝胶前躯体。

9、上述方案中，所述选择特定种类及浓度的酸、碱来制备硅溶胶和铝溶胶的步骤中，所述酸选用盐酸、乙酸或植酸，所述酸的浓度为5mm-1m；所述碱选用氨水或尿素，所述碱的浓度为0.1m-1m；采用水玻璃、稻壳灰、粉煤灰或铁尾矿作为硅源，采用仲丁醇铝、异丙醇铝、九水硝酸铝或无水氯化铝作为铝源，铝与硅之间的比例为8∶1、10∶1、12∶1或14∶1。

10、上述方案中，所述将环氧丙烷溶液加入到搅拌均匀的溶胶内，并且在不同转速的机械作用下进行水解，得到水解完全的硅铝溶胶作为耐高温气凝胶前躯体的步骤中，采用水和乙醇做为溶剂，水和乙醇的摩尔比为1∶4-1∶6之间；搅拌水解时间为12-24小时之间，环氧丙烷加入5-10ml，机械搅拌转速为300-800转。

11、上述方案中，所述将耐高温气凝胶前躯体与纤维毡进行真空浸渍复合，得到耐高温气凝胶前躯体浸渍的纤维毡，包括：将一定厚度的纤维毡放入到模具中，并且将水解完全的硅铝溶胶倒入到模具中，将模具放入到真空浸渍设备中进行浸渍，然后将模具放置到一定温度的环境下进行凝胶老化工艺，得到耐高温气凝胶前躯体浸渍的纤维毡。

12、上述方案中，所述纤维毡选用莫来石纤维毡或玻璃纤维毡，所述纤维毡的厚度为5mm、10mm、12mm或15mm；所述硅铝溶胶浸渍纤维毡的时间为24-48小时；所述凝胶老化的温度为40-60℃，时间为5-7天。

13、上述方案中，在凝胶老化过程中采用乙醇、正己烷或丙酮溶液进行溶剂置换，并且每隔24-48小时进行更换。

14、上述方案中，所述使用超临界干燥技术对耐高温气凝胶前躯体浸渍的纤维毡进行干燥，得到耐高温气凝胶复合材料，包括：将耐高温气凝胶前躯体浸渍的纤维毡整体转入到超临界干燥工艺的高压釜内进行二氧化碳超临界干燥，得到耐高温气凝胶复合材料。

15、上述方案中，所述超临界干燥工艺选择二氧化碳超临界技术，温度为40-60℃，压力为8-12mpa。

16、为达到上述目的，本公开还提供了一种应用所述的耐高温气凝胶复合材料制备桥梁拉吊索防火护套的方法，包括：

17、在桥梁拉吊索表面包裹耐高温气凝胶复合材料；

18、选用一定厚度的陶瓷耐烧蚀毡，在耐高温气凝胶复合材料表面贴合至少两层陶瓷耐烧蚀毡；以及

19、在陶瓷耐烧蚀毡表面依次包裹石英纤维布和铝箔。

20、上述方案中，所述在桥梁拉吊索表面包裹耐高温气凝胶复合材料，包括：将耐高温气凝胶复合材料通过表面粘黏高硅氧自粘带完全包裹于桥梁拉吊索表面。

21、上述方案中，所述陶瓷耐烧蚀毡的厚度为5mm、8mm、10mm、12mm或15mm。

22、上述方案中，所述在耐高温气凝胶复合材料表面贴合至少两层陶瓷耐烧蚀毡的步骤中，在所述陶瓷耐烧蚀毡与所述耐高温气凝胶复合材料表面之间采用热熔胶加固，在多层陶瓷耐烧蚀毡之间也采用热熔胶进行加固。

23、上述方案中，所述在陶瓷耐烧蚀毡表面依次包裹石英纤维布和铝箔的步骤中，所述陶瓷耐烧蚀毡、所述石英纤维布和所述铝箔三者之间采用热熔胶进行加固。

24、(三)有益效果

25、从上述技术方案可以看出，本公开提供的耐高温气凝胶复合材料的制备方法及其应用，具有以下有益效果：

26、1、本公开提供的耐高温气凝胶复合材料的制备方法，在具体实施过程中原料成本低、绿色环保、来源广泛，且制备过程简易，操作方法简便，操作危险性低，安全性高。

27、2、本公开提供的耐高温气凝胶复合材料的制备方法，制备得到的耐高温气凝胶密度低，孔隙率高，导热系数极低且具有较高的比表面积，并且在1000℃高温处理下，气凝胶的多孔结构没有被破坏，仍保持着优异的隔热能力；并且利用该耐高温气凝胶所制备的多层耐高温纤维毡/气凝胶复合材料具有极低的导热系数，气凝胶与纤维毡复合能够提高气凝胶复合材料的力学性能，提高耐高温气凝胶复合材料的实用性。

28、3、本公开提供的应用耐高温气凝胶复合材料制备桥梁拉吊索防火护套的方法，陶瓷耐烧蚀毡具有优异的耐烧蚀能力，在1360℃高温煅烧下仍能保持原有的形状，通过在包裹于桥梁拉吊索表面的耐高温气凝胶复合材料表面贴合至少两层陶瓷耐烧蚀毡，能够显著地提高该材料防火体系的高温耐烧蚀能力。

29、4、本公开提供的应用耐高温气凝胶复合材料制备桥梁拉吊索防火护套的方法，陶瓷耐烧蚀毡厚度具有较大的可选择性，能够根据实际要求选择合适的尺寸，这也进一步提高了桥梁拉吊索防火护套的实用性。

30、5、本公开提供的应用耐高温气凝胶复合材料制备桥梁拉吊索防火护套的方法，在陶瓷耐烧蚀毡表面依次包裹的石英纤维布和铝箔同时也能提供一定的隔热能力，在发生火灾时能对桥梁拉吊索起到重要保护作用。