CN102173161B - 工业隔热卷材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种工业隔热卷材，其是由硅酸铝纸和硅酸铝针刺纤维卷材层相互粘结而成；其中，硅酸铝针刺纤维卷材层含有水性无机粘结剂和纳米陶瓷中空微球，并经硅烷偶联剂进行了整体疏水改性。该卷材的制备方法如下：将无机粘接剂、纳米陶瓷中空微球、去离子水及稀释剂按照重量比为0.8～1.0∶1.8～2.2∶1.4～1.6∶0.3～0.5加入分散反应釜内进行充分分散制成浆料；将硅酸铝针刺纤维卷材浸入浆料中，保证每平方米卷材附上浆料4.5～5.0kg；使用干燥设备对上浆后的卷材进行干燥处理；采用硅烷偶联剂对卷材进行整体疏水改性；用涂布设备单表面涂布水性无机粘接剂，并覆上一层硅酸铝纸，随后烘干。
Description
技术领域
本发明涉及一种保温材料，具体涉及一种纳米陶瓷隔热卷材。
背景技术
现有的保温材料主要有石棉、岩棉、矿渣棉、硅酸钙、硅酸铝、玻璃棉、硬质聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等。除硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数较小(0.0275W/m·k)外，其余材料的导热系数都在0.041W/m·k以上。他们的缺点在于，1、导热系数较大，施工时所需保温层厚度大，通常在30mm以上；2、材料不疏水，致使保温层吸水后增大导热性能，从而失去保温作用；3、不阻燃；4、其中一些材料含有致癌物质。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种导热系数低、厚度薄、质量轻、无毒、防火阻燃、疏水、包装运输方便、施工容易、经久耐用、能广泛用于-270℃～600℃工业设备和热力管道的保温材料。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种工业隔热卷材，其是由硅酸铝纸和硅酸铝针刺纤维卷材层相互粘结而成；其中，所述硅酸铝针刺纤维卷材层含有水性无机粘结剂和纳米陶瓷中空微球，并经硅烷偶联剂进行了整体疏水改性。
如上所述的工业隔热卷材，其中，该硅酸铝纸厚度优选为0.20～0.25mm。
如上所述的工业隔热卷材，其中，该硅酸铝针刺纤维卷材层厚度优选为2.5～12.0mm；更优选为2.5～6.0mm；最优选为2.5～3.0mm。
如上所述的工业隔热卷材，其中，该纳米陶瓷中空微球孔径优选为50～60nm，粒径优选为60～70nm。
如上所述的工业隔热卷材，其中，该水性无机粘结剂优选为二氧化硅硅溶胶，水性无机粘结剂与纳米陶瓷中空微球的重量比优选为0.8～1.0∶1.8～2.2。
如上所述的工业隔热卷材，其中，该硅烷偶联剂可选自三甲基氯硅烷和六甲基二硅氮烷。
如上所述的工业隔热卷材，其中，每平方米所述硅酸铝针刺纤维卷材层中可含有纳米陶瓷中空微球0.9～1.1kg。
如上所述的工业隔热卷材，其中，该卷材还可包括离型纸，该离型纸与所述硅酸铝针刺纤维卷材层表面通过耐700℃高温有机硅压敏胶相互粘合。
另一方面，本发明还包括制备如上所述工业隔热卷材的方法，该方法包括如下步骤：
A.将无机粘接剂、纳米陶瓷中空微球、去离子水及稀释剂按照重量比为0.8～1.0∶1.8～2.2∶1.4～1.6∶0.3～0.5加入分散反应釜内进行充分的分散，制作成浆料；
E.将硅酸铝针刺纤维卷材充分浸入浆料中，保证每平方米卷材附上浆料4.5～5.0kg；
F.使用干燥设备对上浆后的卷材进行干燥处理；
G.采用硅烷偶联剂进行卷材的整体疏水改性；
E.将改性后的卷材采用涂布设备进行单表面涂布水性无机粘接剂，并覆上一层硅酸铝纸，随后烘干。
如上所述的方法，其中，该稀释剂可以为乙腈或乙醇。
如上所述的方法，其中，步骤F是使用二氧化碳超临界干燥设备进行干燥处理。
如上所述的方法，其中，步骤G中卷材的整体疏水改性操作是将卷材浸入硅烷偶联剂之中，随后干燥。
再一方面，本发明还提供一种工业隔热卷材，其是应用上述的方法制备的。
本发明的有益效果在于：该工业隔热卷材具有良好的隔热性，常温下(25℃)导热系数仅为0.017w/m·k，通常使用厚度为3.0～12mm；可耐受最高600℃的长期高温，低温使用范围接近绝对零度；该卷材经硅烷偶联剂改性处理具有疏水性，可防止因材料吸水而导致的隔热性能下降；其具有良好的耐火性和化学稳定性，且重量轻、易粘接、方便裁剪和施工。
附图说明
图1为本发明的工业隔热卷材截面结构示意图。
图2为本发明的工业隔热卷材截面结构放大示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的工业隔热卷材主要由硅酸铝纸1和硅酸铝针刺纤维卷材层2两部分组成。以具有隔热性能且质地较致密的硅酸铝纸作为外层，可以使卷材具有一定的机械强度，而且防潮、耐腐蚀、耐火。硅酸铝纸下部粘附硅酸铝针刺纤维卷材层。硅酸铝针刺纤维卷材是由硅酸铝纤维长丝经特别的双面针刺工艺成型，其具有很高的纤维的交织程度、抗分层性能、抗拉强度和表面的平整度。本发明可使用市售的硅酸铝针刺纤维卷材或纤维毯。如图2所示，本发明以硅酸铝针刺纤维卷材2为载体，在其中分布纳米陶瓷中空微球5。研究表明，当空气受热后空气分子的平均自由程为70纳米左右，如果将空气密闭在一个70纳米以内的容器内，空气无法进行分子运动，将大大降低其传导热的能力，从而使材料的导热系数低于空气的热传导系数，即可以减少隔热材料的厚度。从热辐射的角度考虑，将该封闭的容器做成球形，在相同体积下可以获得更多的壁表面积，而这些壁表面均可视为辐射的反射面和折射面，很好地阻隔了辐射热。由此，本发明的工业隔热卷材起隔热作用的中空微球选择孔径为50-60的纳米陶瓷空心微球，并以无机粘结剂将纳米陶瓷空心微球固定在硅酸铝针刺纤维卷材上。
该硅酸铝针刺纤维卷材层厚度可以为2.5～12.0mm；优选为2.5～6.0mm；最优选为2.5～3.0mm。使用时实验表明，多层薄型工业隔热卷材的隔热效果优于相同厚度的单层工业隔热卷材
所述的无机粘结剂，可选用耐火、耐高温的建筑涂料用无机粘结剂，例如二氧化硅硅溶胶。
为提高卷材的疏水性，对分布有纳米陶瓷中空微球的硅酸铝针刺纤维卷材进行了硅烷偶联剂改性处理，从而防止因材料吸水而导致的隔热性能下降。其具体步骤是将卷材浸入硅烷偶联剂之中，随后干燥。
此外，为方便黏贴施工，可在硅酸铝针刺纤维卷材表面上涂布耐高温压敏粘结剂3，并附上一层离型纸，使工业隔热卷材具有自粘性。
本发明工业隔热卷材的厚度主要由硅酸铝针刺纤维卷材层厚度决定，纤维卷材层厚度优选为2.5～12.0mm；更优选为2.5～6.0mm；最优选为2.5～3.0mm。为提高隔热效果，可多层工业隔热卷材叠加使用。研究表明，多层薄型工业隔热卷材叠加使用的隔热效果优于相同厚度的单层工业隔热卷材。
以下结合具体实例进一步详细说明本发明。
实施例1
(一)工业隔热卷材的制作，其工艺流程如下：
A.制作浆料：首先将二氧化硅硅溶胶、孔径为50-60纳米耐高温无机陶瓷中空微球、去离子水及稀释剂(乙腈)按照重量比为1∶2∶1.5∶0.5加入分散反应釜内进行充分的分散，制作成浆料。
B.卷材基料上浆：将浆料注入浆料池，并将2.5～3.0mm厚的硅酸铝针刺纤维卷材基料侵入上浆池的中，同时利用隔膜泵循环吸入浆料并通过喷嘴喷射至硅酸铝针刺纤维基材上，保证每平方米卷材附上浆料5kg。将上浆后的硅酸铝针刺纤维基材切割为15M长，紧密卷在直径50mm的不锈钢靶架上。
C.干燥：将缠在靶架上的卷材送入二氧化碳超临界干燥设备进行干燥处理，去除水分及少量溶剂。具体做法为将二氧化碳超临界高压釜外部通过包围的水浴调节温度。在60min内，二氧化碳超临界高压釜被迅速降低到0℃。在保持约20min后，吸附在卷材浆料中的杂质被驱除。随着温度的升高，液体溶剂变为超临界状态，压强为7.3MPa，温度为40℃。当温度超过40℃时，临界溶液在20min内从二氧化碳超临界高压釜中排除。然后停止加热，冷却至室温。打开二氧化碳超临界高压釜，干燥后的工业隔热卷材可从不锈钢靶架上取出。
D.卷材整体疏水处理：将工业隔热卷材浸入三甲基氯硅烷中进行整体疏水改性处理，随后干燥。
E.工业隔热卷材的单面封闭：将干燥后的工业隔热卷材采用涂布设备进行单表面涂布二氧化硅硅溶胶，并覆上一层0.25毫米厚的耐高温的硅酸铝纸进行表面封闭，用连续烘干设备在温度120℃进行烘干3分钟。
F.工业隔热卷材的自粘性处理：将覆上硅酸铝纸的工业隔热卷材的另一面涂布一层耐700℃高温有机硅压敏胶，并附上一层离型纸，使工业隔热卷材具有自粘性。用连续烘干设备在温度120℃进行烘干3分钟。
G.利用分卷机将完成上述工序的工业隔热卷材打包、密封、包装。
(二)工业隔热卷材的性能测试
采用常规测试方法测试上述工序制备的工业隔热卷材的理化性能，结果如下：
(1)隔热性能：常温下(25℃)导热系数为0.017w/m·k。
(2)耐温性能：工业隔热卷料可耐受最高600℃的高温超过720小时，低温使用范围接近绝对零度。
(3)耐火焰烧穿性能：工业隔热卷材可承受火焰直接灼烧2小时以上，在远超过使用上限温度的火焰中，工业隔热卷材会出现隔热性能退化的趋势并伴有烧结现象，但不会出现一般纤维类隔热材料熔断穿孔或者多孔矿物板类隔热材料断裂破碎的情况。
(4)化学稳定性：可耐受除氢氟酸、强碱外的大部分酸碱环境，不分解不变质，可耐受各种热辐射(紫外光，红外光，可见光)及电磁辐射，性能不退化，在常规使用环境下具有三年以上使用寿命，毋需更换维护。
(5)材料的整体疏水性能：在300℃以下使用整体疏水。
(6)密度：200kg/m3-300kg/m3。
(7)力学特性：拉伸机械强度＞0.12Mpa，并具有一定程度上的弹性，本材料可以钻孔，切割，铆接而不对本体造成巨大的损伤，用裁纸刀即可以加工。
Claims (10)
1.一种工业隔热卷材，其特征在于，其是由硅酸铝纸和硅酸铝针刺纤维卷材层相互粘结而成；其中，所述硅酸铝针刺纤维卷材层含有水性无机粘结剂和纳米陶瓷中空微球，并经硅烷偶联剂进行了整体疏水改性，该纳米陶瓷中空微球孔径为50～60nm。
2.根据权利要求1所述的工业隔热卷材，其特征在于，所述硅酸铝纸厚度为0.20～0.25mm。
3.根据权利要求1所述的工业隔热卷材，其特征在于，所述硅酸铝针刺纤维卷材层厚度为2.5mm～12.0mm。
4.根据权利要求1所述的工业隔热卷材，其特征在于，所述纳米陶瓷中空微球粒径为60～70nm。
5.根据权利要求1所述的工业隔热卷材，其特征在于，所述水性无机粘结剂为二氧化硅硅溶胶，水性无机粘结剂与纳米陶瓷中空微球的重量比为0.8～1.0：1.8～2.2。
6.根据权利要求1所述的工业隔热卷材，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自三甲基氯硅烷和六甲基二硅氮烷。
7.根据权利要求1所述的工业隔热卷材，其特征在于，每平方米所述硅酸铝针刺纤维卷材层中含有纳米陶瓷中空微球0.9～1.1kg。
8.根据权利要求1所述的工业隔热卷材，其特征在于，所述卷材还包括离型纸，该离型纸与所述硅酸铝针刺纤维卷材层表面通过耐700°C高温有机硅压敏胶相互粘合。
9.一种制备如权利要求1～8中任一项所述的工业隔热卷材的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A.将水性无机粘接剂、纳米陶瓷中空微球、去离子水及稀释剂按照重量比为0.8～1.0：1.8～2.2：1.4～1.6：0.3～0.5加入分散反应釜内进行充分的分散，制作成浆料；
B.将硅酸铝针刺纤维卷材充分浸入浆料中，保证每平方米卷材附上浆料4.5～5.0kg；
C.使用干燥设备对上浆后的卷材进行干燥处理；
D.采用硅烷偶联剂进行卷材的整体疏水改性；
E.将改性后的卷材采用涂布设备进行单表面涂布水性无机粘接剂，并覆上一层硅酸铝纸，随后烘干。
10.一种工业隔热卷材，其特征在于，其是用权利要求9所述的方法制备的。
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