纳米硅复合隔热材料及其制备方法与流程

本技术涉及隔热材料的领域，尤其是涉及纳米硅复合隔热材料及其制备方法。

背景技术：

1、绝热板是由高阻隔薄膜、多孔芯材、吸附剂组成，经过成型工艺制成的板状材料，由于其具有超低导热系数而受到了广泛关注。其中，最为核心部位的芯材主要有玻璃纤维、短切丝、二氧化硅、粘结剂混合制成，其中，以二氧化硅作为芯材的绝热板由于较低的导热系数、长的使用寿命和环保无害等优点而得到了广泛的研究和快速发展。

2、针对目前常见的绝热板，由于多是由胶水如压敏胶进行粘结各原料然后经压制烘干制成，在制作过程中，由于采用胶水粘结材料从而容易堵塞芯材中如二氧化硅的孔隙，使芯材的隔热效果被降低，缩短了绝热板的使用寿命。为此，本技术提供一种纳米硅复合隔热材料。

技术实现思路

1、为了提高绝热板的隔热效果和使用寿命，本技术提供纳米硅复合隔热材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供纳米硅复合隔热材料，采用如下的技术方案：

3、纳米硅复合隔热材料，包括增强网和设置在增强网两侧的隔热层，增强网和隔热层之间由无机粘结剂粘结；

4、所述隔热层的制备原料包括如下组分：纳米硅60-90重量份、遮光剂15-35重量份和1-10重量份纤维。

5、通过采用上述技术方案，纳米硅具有较佳防火隔热效果，在材料中能够有效减少热传导、热辐射和热对流，赋予材料较佳的隔热性能；遮光剂在材料中能够降低材料的辐射传热，阻止红外辐射的路径，达到阻挡热辐射的目的；纤维具有优良的隔热性能，在材料中可有效隔热，抑制热量传导，纳米硅的孔径为20-50nm，小于空气的平均自由程（69nm），使得孔隙中的气体分子无法自由流通，基本失去了宏观运动的能力，抑制了气体分子间的热运动，阻隔热对流。将纳米硅、遮光剂和纤维进行复配，使得隔热材料具有优异的隔热效果，同时，利用增强网使材料能够保持特定的形状，也能够提高材料的使用强度，利用无机粘结剂进行粘结隔热层和增强网，避免了使用胶水进行粘结而堵塞材料中的孔隙；无机粘结剂耐温性能优良，在后期使用过程中，不易受热分解，能够使隔热层和增强网稳定连接，同时无机粘结剂于隔热层和增强网之间进行粘结，不会堵塞隔热层中纳米硅和纤维的孔隙，使得隔热层能够保持持久且优良的隔热效果，使隔热材料具有较长的使用寿命。

6、在一个具体的可实施方案中,无机粘结剂选自钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃、纳米硅树脂中的一种或多种。

7、通过采用上述技术方案，钠水玻璃、钾水玻璃和锂水玻璃为钠的硅酸盐混合物、钾的硅酸盐混合物和锂的硅酸盐混合物，具有良好的粘结性能，且耐高温、稳定性高，能够有效粘结隔热层和加强层；纳米硅树脂耐高温，还具有优良的耐腐蚀性和耐候性，能够在高温下有效粘结隔热层和增强网，降低隔热层和增强网发生分离而影响隔热材料隔热效果的可能性。

8、在一个具体的可实施方案中,所述纳米硅为气相二氧化硅或硅气凝胶；所述增强网为玻璃纤维网、高硅氧纤维网、玄武岩纤维网、陶瓷纤维网、预氧丝纤维网、碳纤维网或金属网。

9、在一个具体的可实施方案中，金属网材质为不锈钢、铝合金或铜基材，目数为2-30目，优选5-15目，具体可以为2目、3目、5目、13目、15目、20目、25目或30目。

10、通过采用上述技术方案，气相二氧化硅具有较高的比表面积和孔隙率，在材料中可以形成微观的孔隙结构，有效阻挡热量传递，提高材料的隔热效果，减少热吸收，进一步提高材料的隔热性能；硅气凝胶具有较高的孔隙率和较低的导热系数，且强度高，使得隔热材料在保持优异隔热性能的同时还能够保持较佳的形状稳定性。

11、玻璃纤维网作为网状结构，具有较好的抗拉强度，能够提升隔热材料的强度，同时也可以赋予隔热材料一定的抗冲击性、耐腐蚀性；高硅氧纤维具有较优的高强度、耐高温、隔热、保温性能，选择高硅氧纤维网作为增强网，在提高隔热材料强度的同时也可以提高隔热材料的隔热效果；金属网具有高机械强度和抗压强度，可以有效提高隔热材料的使用强度。

12、在一个具体的可实施方案中,所述气相二氧化硅的堆积密度为20-100g/m3。

13、通过采用上述技术方案，气相二氧化硅的堆积密度影响其隔热效率，堆积密度越小，气相二氧化硅的导热系数越低隔热效果越好，但堆积密度太低，气相二氧化硅会因为太轻而容易漂浮，从而在制备隔热材料时会影响成品质量。

14、在一个具体的可实施方案中,所述遮光剂选自碳化硅、炭黑、氧化锆、石墨或石墨烯中的一种或多种，粒径为0.01-15μm。

15、通过采用上述技术方案，碳化硅可显著降低红外辐射传热，有效提高材料高温绝热性能；炭黑作为黑色无机颜料，具有较强的遮盖力，比表面积大，能够有效提高遮光吸光效果，达到隔热目的；氧化锆耐高温性能优异，具有较高的折射率，能够有效提高材料的隔热效果；石墨和石墨烯具有较大的比表面积，能够有效吸收红外辐射，降低材料的热量传导，从而使隔热材料具有优良的隔热性能。

16、在一个具体的可实施方案中,所述碳化硅的粒径为3-5μm。

17、通过采用上述技术方案，碳化硅的粒径越小具有越大的表面积，较小的碳化硅具有更多的界面可以阻碍热量传导，同时在材料中也可以均匀分布，减小材料中的孔隙和空气，从而提高隔热性能，但粒径太小会导致生产成本增加，且成品质量不稳定，因此通过限定碳化硅的粒径，使其能够稳定发挥隔热性能。

18、在一个具体的可实施方案中,所述纤维选自玻璃纤维、高硅氧纤维、碳纤维中的一种或多种，所述纤维的直径为3-15μm、长度为5-20㎜；

19、通过采用上述技术方案，纤维的直径越小，内部的孔隙越小，热量传递的路径越曲折，因而会提高材料的隔热效果；纤维越短，在材料中容易分散，但在高温条件下容易出现断裂、折叠和老化的问题，从而会影响耐高温性能，而纤维越长，纤维的拉伸强度和模量就越高，在高温下能够保持较好的强度和稳定性，但长度越长，纤维在材料中不易分散，容易团聚，甚至会出现纤维伸出材料体系的情况，容易导致纤维被拉出，因此后期的使用稳定性下降。通过限定纤维的直径和长度，使得纤维在材料体系中能够稳定存在，且能够发挥较好的隔热效果。

20、在一个具体的可实施方案中,所述纤维包括玻璃纤维、高硅氧纤维和碳纤维，三者的重量比为（1-2）：（2-3）：1。

21、通过采用上述技术方案，玻璃纤维、高硅氧纤维和碳纤维都具有较优的耐高温性能，但玻璃纤维的抗拉强度要比碳纤维低，脆性大，耐磨性能也较低，不过玻璃纤维耐温性能优异，且质轻、成本更低；碳纤维的力学性能和化学稳定性在高温下易受到影响，高温会加速碳纤维的氧化和失效进程；高硅氧纤维与玻璃纤维相比耐热性、耐磨性、耐化学腐蚀性会更优，而玻璃纤维与之相比，强度、柔韧性、绝缘性更优异。因此，通过将以上三种纤维以特定的比例进行复配，使隔热材料的使用性能达到更佳。

22、在一个具体的可实施方案中,所述碳纤维表面包覆聚酰胺酸涂层，具体制备方式为：

23、将均苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚溶于n,n-二甲基酰胺中，氮气保护下进行反应，然后用氨水调节ph至9，浸渍碳纤维，然后烘干分散，得包覆有聚酰胺酸涂层的碳纤维。

24、通过采用上述技术方案，碳纤维在高温下易出现氧化和失效情况，通过在碳纤维表面包覆聚酰胺酸涂层，使得包含有耐温的酰胺基团的聚酰胺酸涂层对碳纤维起到提高热稳定性的作用，减缓碳纤维氧化和失效进程，使得隔热材料具有持久的隔热效果。另外，气相二氧化硅表面配位不足、比表面积大、表面欠氧，在制备隔热材料时，气相二氧化硅和碳纤维之间可形成键合作用，降低隔热层出现掉粉、易分裂的情况，使得隔热层具有持久的隔热效果。

25、在一个具体的可实施方案中，隔热材料的厚度为0.3-2mm，具体可以为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、1㎜、1.2㎜、1.4㎜、1.5㎜、1.6㎜、1.8㎜、2㎜。

26、在一个具体的可实施方案中，隔热层表面设有阻燃树脂层。

27、在一个具体的可实施方案中，阻燃树脂层的涂覆厚度为20-100μm，具体可以为20μm、30μm、50μm、70μm、90μm、100μm。

28、通过采用上述技术方案，在隔热层表面涂覆阻燃树脂层可以起到封装作用，进一步降低掉粉情况出现，同时还可以起到一定的阻燃作用。

29、第二方面，本技术提供纳米硅复合隔热材料的制备方法，采用如下的技术方案：

30、纳米硅复合隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

31、准确称取隔热层所用原料，混匀；

32、平铺隔热层原料，喷洒无机粘结剂后，铺设增强网，在增强网上喷洒无机粘结剂，然后再铺设一层隔热层原料；

33、先以0.001-0.2mpa压合，再以0.1-0.3mpa/min的速度将压力升至1-5mpa压合，成型后得纳米硅复合隔热材料。

34、通过采用上述技术方案，将隔热层采用压合的方式成型，避免胶水的使用，在压合过程中，先以较低的压力进行压合，初步排出材料中的空气，然后再以较大的压力进行压合，进一步排出残留的空气并使隔热层成型。此种方式降低了一次性使用较大压力压合时，材料中的空气来不及排出而形成气孔，而气孔会降低材料的隔热性能。

35、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

36、本技术利用纳米硅、遮光剂和纤维赋予隔热材料优良的隔热性能，同时使用增强网确保隔热材料具有较优的使用强度，隔热层和增强网之间采用无机粘结剂粘结，避免了胶水的使用，保留了纳米硅天然的孔隙，使其隔热效果能够有效发挥，从而使隔热材料具备高隔热、强度高的优点。

37、本技术通过选择特定直径和长度的纤维，使其在体系中能够稳定存在，且能够与遮光剂和纳米硅有效结合构成隔热层，使得隔热材料具备较优的隔热效果和较长的使用寿命。

38、本技术在制备隔热材料时采用分步压合的方式压制成型，先采用较低的压力排出材料中含有的空气，然后使用较大的压力压制成型，使得隔热材料中原料能够紧密相接，降低气孔的出现，有效确保了隔热材料的隔热性能。