CN101705075A - 纳米级隔热材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米级隔热材料，其构成组分及重量百分比分别为：纳米级二氧化硅粉末5～95％；纳米级或微米级二氧化锆粉末或硅酸锆粉末和/或碳化硅粉末5～50％；增强用纤维3～15％；加溶剂至100％。本发明具有原料容易取得、生产简单、成本低廉等特点，不需要特殊的专门的设备，制得的纳米级隔热材料，其密度在100～500Kg/m³，导热系数在800℃时0.030～0.055W/mK，比陶瓷纤维的800℃时0.12～0.20W/mK低得多，是一种非常好的纳米级隔热材料，具有广阔的应用前景，广泛应用于高温隔热、低温隔热和保冷等隔热节能领域的各个方面。

Description

纳米级隔热材料

技术领域

本发明属于隔热保温材料领域，尤其是一种纳米级隔热材料。

背景技术

我国是能源消耗大国，每年消耗的能源相当于15亿吨标准煤，其中40％左右为工业设备的能源消耗。目前，国家已经制定了节能建筑的一系列法律法规以期降低工业设备的能源消耗。其中降低工业设备能源消耗的方式之一就是在工业设备内安装隔热保温板，利用隔热保温板将工业设备包裹起来以降低设备的能源消耗。

现有的高温隔热保温板普遍采用玻璃棉、岩棉、陶瓷纤维(导热系数λ≤0.15W/mK 600℃，λ≤0.20W/mK 800℃)等作为隔热保温材料，存在的问题是：由于玻璃棉、岩棉、陶瓷纤维等材料的导热系数较大，无法满足更高要求的隔热性能，为实现更高的隔热要求，现有隔热材料的导热系数就显得比较大了。

通过检索，发现两篇与本发明申请相近的纳米隔热材料，其一是一种纳米憎水性隔热保温材料及其制备方法(CN101144005)，由A组分和B组分配制而成，其中A组分主要成分按重量份数计为：高分子聚合物乳液、改性聚丙烯纤维、纳米活性碳酸钙、硅酸盐矿物质，混合均匀后分组，B组分为水泥，在使用时，将A组分和B组分各一组混合拌匀，即得纳米憎水性隔热保温材料。其二是纳米孔硅质复合隔热材料(CN101302091)，按重量份计，其由纳米孔硅质粉末30～60份、硅酸铝纤维40～20份、六钛酸钾晶须5～20份和黏结剂5～20份制成。该纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法是：以具有纳米尺寸孔洞特性的纳米孔硅质粉末为基材，以硅酸铝纤维增强骨架，以具有低热导率且具有负温度系数和高红外反射特性的六钛酸钾晶须为添加剂，加入黏结剂，经过纤维预处理、疏解、成型、干燥和热处理工序制成。

上述两篇对比文献与本发明申请有较大不同。

发明内容

本发明的目的是克服现有材料和技术的不足，提供一种纳米级的隔热材料，该隔热板节能效率高、导热系数低、生产简单、成本低廉。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种纳米级隔热材料，其构成组分及重量百分比分别为：

纳米级二氧化硅粉末    5～95％

纳米级或微米级二氧化锆粉末或硅酸锆粉末和/或碳化硅粉末  5～50％

增强用纤维    3～15％

加溶剂至      100％。

而且，所述纳米级二氧化硅粉末包括气相二氧化硅粉末，粒径为5～200纳米。

而且，所述二氧化锆粉末或硅酸锆粉末和/或碳化硅粉末，其粒径为5～200内米或者3～10微米。

而且，所述增强用有机纤维为无机质短纤维和/或连续纤维，包括玻璃纤维、岩棉、硅酸铝纤维、氧化硅纤维、氧化铝纤维、高硅氧纤维或莫来石纤维，长度为3～20毫米。

而且，所述溶剂包括正硅酸乙酯、甲醇、甲酰胺、乙醇以及水的一种或者两种以上的混合，上述溶剂除水之外的四种有机溶剂是工业级的，或者是无水级的化学纯级的有机溶剂。

而且，所述正硅酸乙酯、甲醇、甲酰胺、乙醇以及水按重量比1∶0.5∶0.5∶0.5∶1混合使用；所述水包括普通水或纯净的去离子水。

而且，还添加纳米级或者微米级的二氧化钛粉末，纳米级或者微米级的三氧化二铝粉末，或者其他无机硅酸铝、氧化钙、氧化镁纳米级或者微米级粉末，其粒径为5～200内米或者3～10微米，添加量均为5～30％。

而且，其构成组分及重量百分比分别为：

纳米级二氧化硅粉末                                       20～70％

纳米级或微米级二氧化锆粉末或硅酸锆粉末和/或碳化硅粉末    15～35％

增强用纤维                                               5～10％

加溶剂至100％。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明具有原料容易取得、生产简单、成本低廉等特点，可以广泛应用于高温隔热、低温隔热和保冷等隔热节能领域的各个方面。

2、本发明采用的生产方法具有简单易行，为现有工业设备和方法能够达到的方案，不需要特殊的专门的设备。

3、本发明制得的纳米级隔热材料，其密度在100～500Kg/m³，导热系数在800℃时0.030～0.055W/mK，比陶瓷纤维的800℃时0.12～0.20W/mK低得多，是一种非常好的纳米级隔热材料，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

实施例1：

一种纳米隔热材料，其构成组分及重量百分比分别为：

5～200纳米级的二氧化硅粉末                                 5～95％；

5～200纳米级或者3～10微米级的碳化硅粉末                    5～30％

5～200纳米级或者3～10微米级的二氧化锆粉末或者硅酸锆粉末    5～30％

增强用纤维                                                 3～15％

其余加溶剂至100％。

制备方法是：

按重量配比将二氧化硅粉末、碳化硅粉末、二氧化锆粉末或者硅酸锆粉末与增强用纤维干态混合，加入溶剂，搅拌均匀，形成湿态混合料；粉料的混合采用现在市场上使用的行星式强制搅拌混合机或者圆锥式搅拌混合机或者用搅拌杆式混合机等之类的类似的混合方法，然后加入溶剂混合成湿态料，用挤出机械挤成一定的形状坯料，或者直接在模具中成坯料，经辊压机、网带式压机、履板式压机或者液压机压等现在常用的成型手段成型，脱模后干燥，即得纳米隔热材料.

本发明还可采用湿态脱模的料坯自然干燥或者在干燥炉中干燥或者在超临界设备中干燥，并采用现有的技术回收其中挥发出的溶剂和水，以综合利用。

由此制得的纳米隔热材料，其密度在100～500Kg/m³，导热系数在800℃时0.035～0.055W/mK。

本实施例中使用的溶剂是市场上常用的正硅酸乙酯、甲醇、甲酰胺、乙醇和普通水或纯净的去离子水，按1∶0.5∶0.5∶0.5∶1混合使用；上述溶剂除水之外的四种有机溶剂可以是工业级的，也可以是无水级的化学纯级的有机溶剂，可以复合使用，也可以单独作为溶剂使用。

实施例2：

一种纳米隔热材料，其构成组分及重量百分比分别为：

纳米级的无机粉料为纳米二氧化硅或气相二氧化硅粉末，其粒径为5～200纳米，用量为5～95％(重量)，最佳为20～70％(重量)；

纳米级的或者微米级的二氧化锆粉末或者纳米级或者微米级的硅酸锆粉末，其粒径为5～200纳米或者3～10微米，用量为5～50％(重量)，最佳为15～35％；

纳米级的或者微米级的三氧化二铝粉末，其粒径为5～200纳米或者3～10微米，用量为5～30％(重量)，最佳为8～15％(重量)；

增强用纤维用量为3～15％(重量)。

按重量配比将纳米级二氧化硅或气相二氧化硅粉末、二氧化锆粉末或者硅酸锆粉末、三氧化二铝粉末在干态下与增强用纤维混合，加入溶剂，溶剂用量以适合混合料成型为准，将湿态的混合料放到模具中加压，脱模后自然干燥或者在干燥炉中干燥或者在超临界设备中干燥。由此制得的纳米级隔热材料，其密度在100～500Kg/m³，导热系数在800℃时0.035～0.055W/mK，比陶瓷纤维的800℃时0.12～0.20W/mK低得多，是一种非常好的纳米级隔热材料。

Claims (8)

1.一种纳米级隔热材料，其特征在于：其构成组分及重量百分比分别为：

纳米级二氧化硅粉末        5～95％

纳米级或微米级二氧化锆粉末或硅酸锆粉末和/或碳化硅粉末    5～50％

增强用纤维                3～15％

加溶剂至                  100％。

2.根据权利要求1所述的纳米级隔热材料，其特征在于：所述纳米级二氧化硅粉末包括气相二氧化硅粉末，粒径为5～200纳米。

3.根据权利要求1所述的纳米级隔热材料，其特征在于：所述二氧化锆粉末或硅酸锆粉末和/或碳化硅粉末，其粒径为5～200纳米或者3～10微米。

4.根据权利要求1所述的纳米级隔热材料，其特征在于：所述增强用纤维为无机质短纤维和/或连续纤维，包括玻璃纤维、岩棉、硅酸铝纤维、氧化硅纤维、氧化铝纤维、高硅氧纤维或莫来石纤维，长度为3～20毫米。

5.根据权利要求1所述的纳米级隔热材料，其特征在于：所述溶剂包括正硅酸乙酯、甲醇、甲酰胺、乙醇以及水的一种或者两种以上的混合，上述溶剂除水之外的四种有机溶剂是工业级的，或者是无水级的化学纯级的有机溶剂。

6.根据权利要求5所述的纳米级隔热材料，其特征在于：所述正硅酸乙酯、甲醇、甲酰胺、乙醇以及水按重量比1∶0.5∶0.5∶0.5∶1混合使用；所述水包括普通水或纯净的去离子水。

7.根据权利要求1所述的纳米级隔热材料，其特征在于：还添加纳米级或者微米级的二氧化钛粉末，纳米级或者微米级的三氧化二铝粉末，或者其他无机硅酸铝、氧化钙、氧化镁纳米级或者微米级粉末，其粒径为5～200纳米或者3～10微米，添加量均为5～30％。

8.根据权利要求1所述的纳米级隔热材料，其特征在于：其构成组分及重量百分比分别为：

纳米级二氧化硅粉末        20～70％

纳米级或微米级二氧化锆粉末或硅酸锆粉末和/或碳化硅粉末    15～35％

增强用纤维                5～10％

加溶剂至                  100％。