本发明属于材料领域,具体涉及一种竹粉基多孔复合材料及其应用。
背景技术:
1、真空隔热板(vacuum insulation panel,vip)是由填充芯材、吸附剂和真空保护表层组合而成的材料,其利用真空技术有效地阻止空气对流导致的热传递,从而大大降低材料的导热系数,使其常温导热系数小于0.01w/mk。这种材料具有环保和高效节能的特点,被认为是目前世界上最先进的高效保温材料之一,可广泛应用于航天航空、低温存储、家电和建筑保温等领域。
2、vip板的绝热性能主要取决于其填充芯材,芯材一般为气相二氧化硅和开孔泡沫材料等多孔隙材料。vip芯材不仅能使vip板具有足够的机械强度,而且也是其发挥隔热作用的主体材料。芯材成本占整个vip板成本的50%左右,因此可以说芯材直接决定了vip板的价格成本和性能质量。目前在亚洲地区生产的vip板几乎都采用超细玻璃纤维棉做为填充芯材,具有成本较低、易工业化等优点。但是其在使用寿命上存在一定的不足,极大限制了其应用。目前在欧洲(如德国的va-q-tec公司)生产的高端、高性能和长寿命的vip板,则仍是以气相二氧化硅(fumed silica)为主要结构材料来制备填充芯材。然而气相二氧化硅的高生产成本是阻止真空隔热板广泛使用的最重要因素。
3、为降低真空绝热板芯材的成本,并保证其高性能寿命,国内外学者不断寻找有效的替代物。作为一种天然可再生材料,竹材相较于木材具有成材周期短、环境适应性强和砍伐后恢复时间快等突出优点。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种竹粉基多孔复合材料及其应用,所制备的竹粉基多孔复合材料微结构均匀,导热系数低,在保温领域具有很大的应用前景。
2、为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
3、一种竹粉基多孔复合材料,其制备包括以下步骤:
4、a)将竹材废料进行粉碎、筛分,得到粒径为60~300目的竹粉;
5、b)将所得竹粉经碱化处理,过滤,烘干后,得到碱化竹粉;
6、c)将碱化竹粉与气相二氧化硅混合10~180分钟,得到复合粉体a;
7、d)在所得复合粉体a中添加辅助材料,混合均匀,得到混合物料b;
8、e)将混合物料b倒入模具中,施加2~20吨的压力,并保压1~30分钟,得到所述竹粉基多孔复合材料。
9、进一步地,步骤b)中所述碱化处理是采用质量浓度为1%~10%的碱液,于60℃~120℃下浸泡并搅拌0.5~48小时;所用碱可以是naoh、koh等常用碱。
10、进一步地,步骤c)中所用碱化竹粉与气相二氧化硅的质量比为19:1~1:3。
11、进一步地,步骤d)中所用辅助材料和复合粉体a的质量比为1:1000~1:1。
12、进一步地,所述辅助材料为高分子纤维、短切玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、膨胀珍珠岩材料等中的一种或多种。
13、进一步地,步骤c)和步骤d)中的混合方法为机械振动混合、搅拌混合或研磨混合等方式。
14、所述竹粉基多孔复合材料可用作真空隔热板的芯材。
15、本发明的有益效果在于:
16、本发明利用廉价竹粉(竹材废料)来部分代替价格昂贵的气相二氧化硅,所制得的复合材料具备与气相二氧化硅较相近的热导率(未加其他添加剂情况下,真空度为1mbar时,热导率可达0.007w/m•k),而其原料总成本较纯气相二氧化硅有较大幅度的降低(成本为后者的1/2)。同时,其制备工艺简单,无需特殊加工设备,条件易控,有工业推广应用意义。
17、利用本发明竹粉基多孔复合材料制备的高性价比的真空隔热板(vips)填充芯材具有良好隔热保温特性,在建筑、运输和家电保温领域有很大的应用潜力。
1.一种竹粉基多孔复合材料,其特征在于:其制备包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的竹粉基多孔复合材料,其特征在于:步骤b)中所述碱化处理是采用质量浓度为1%~10%的碱液,于60℃~120℃下浸泡并搅拌0.5~48小时;
3.根据权利要求1所述的竹粉基多孔复合材料,其特征在于:步骤c)中所用碱化竹粉与气相二氧化硅的质量比为19:1~1:3。
4.根据权利要求1所述的竹粉基多孔复合材料,其特征在于:步骤d)中所用辅助材料和复合粉体a的质量比为1:1000~1:1。
5.根据权利要求1或4所述的竹粉基多孔复合材料,其特征在于:所述辅助材料为高分子纤维、短切玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、硅酸铝纤维、陶瓷纤维、膨胀珍珠岩材料中的一种或多种。
6.一种如权利要求1所述的竹粉基多孔复合材料的应用,其特征在于:将所述竹粉基多孔复合材料作为芯材,用于真空隔热板的制备。