CN102964088A - 超低导热率纳米气凝胶绝热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低导热率纳米气凝胶绝热材料及其制备方法，属于纳米绝热材料技术领域，该绝热材料由以下重量百分数的原料制成为：纳米级的SiO₂粉体60~100%；红外遮光剂0~30%；增强纤维0~10%；粘结剂0~5%。本发明制备的超低导热率纳米微孔隔热材料，导热系数(热面800℃)≤0.040w/m.k，耐压强度≥0.7MPa，容重为250~400kg/m³；本发明制备的超低导热率纳米微孔隔热材料，具有导热系数小，耐压强度高，适用于石化、冶金、电力等工业炉和高温设备上。

Description

超低导热率纳米气凝胶绝热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超低导热率纳米气凝胶绝热材料及其制备方法，属于纳米绝热材料技术领域。

背景技术

工业耗能为我国三大耗能之首，在石化、冶金、电力等工业炉和高温设备上采用绝热耐火材料，是实现节能降耗的重要途径。冶金行业的CSP线、石化行业的乙烯裂解炉等高温炉项目，对保温衬里的要求是：保温厚度在330mm左右，外壁温度要求低于70℃。在保温厚度一定的条件下，使用陶瓷纤维毯、陶瓷纤维模块产品达不到外壁温度<70℃的设计要求，需要采用导热系数更小、保温效果更好的纳米微孔隔热板等新型材料。随着纳米技术的发展，超低导热率的纳米SiO₂微孔隔热材料问世，而且在国外已被广泛应用。纳米SiO₂微孔隔热材料，与目前常用的绝热保温材料相比，绝热效果可提高2~10倍，可减少绝热层厚度30%~50%，既可提高有效工作容量又可减少大量热损失。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种超低导热率纳米气凝胶绝热材料，绝热材料导热系数更小、保温效果更好，还可减少绝热层厚度，减少热损失；其制备方法简单方便，便于工业化生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超低导热率纳米气凝胶绝热材料，其特征在于该绝热材料由以下重量百分数的原料制成为：

所述该绝热材料由以下重量百分数的原料制成为：

所述的纳米级的SiO₂粉体为火焰硅灰、白炭黑、气相二氧化硅或二氧化硅气凝胶。

所述的增强纤维为超细玻璃纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维和玄武岩纤维中的一种或任意组合。

所述的红外遮光剂为二氧化钛、三氧化二铁、氧化锆、碳化硅和三氧化二铬中的一种或任意组合。

所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯和聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或任意组合。

所述的超低导热率纳米气凝胶绝热材料的制备方法，其特征在于以下步骤：

（1）、将重量百分比为70~90%的二氧化硅与重量百分比为0~10%的增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以2000-5000r/min的搅拌速度下进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；

（2）、将重量百分比为0~30%的遮光剂加入步骤（1）的混合材料中，并加入0~5%的粘结剂，搅拌混合，获得混合材料；

（3）、将上述混合材料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后2~6℃/min的升温速度升温至300~500℃，保温1~4h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。

本发明的有益效果是：本发明制备的超低导热率纳米微孔隔热材料，导热系数(热面800℃)≤0.040w/m.k，耐压强度≥0.7MPa，容重为250~400kg/m³；本发明制备的超低导热率纳米微孔隔热材料，具有导热系数小，耐压强度高，适用于石化、冶金、电力等工业炉和高温设备上；绝热材料导热系数更小、保温效果更好，还可减少绝热层厚度，减少热损失；其制备方法简单方便，便于工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述：

实施例1

一种超低导热率纳米微孔隔热材料的制备方法，其组成质量比例为：纳米二氧化硅粉体81%；增强纤维4%；红外遮光剂碳化硅12%；粘结剂3%。

纳米级的SiO₂粉体为火焰硅灰；增强纤维为超细玻璃纤维；粘结剂为1%的聚乙烯醇和2%的聚醋酸乙烯酯，采用两步法混合。首先将纳米二氧化硅粉体和增强玻璃纤维加入到封闭式搅拌器中，转速3000r/min，搅拌20分钟后，向混料中加入红外遮光剂和粘结剂，搅拌混合，将混料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后3℃/min的升温速度升温至350℃，保温2h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。

本发明产品导热系数为0.033w/m.k(热面800℃)，耐压强度（厚度方向压缩10%）为0.88MPa，容重为360kg/m³。

实施例2

一种超低导热率纳米微孔隔热材料的制备方法，其组成比例为：纳米二氧化硅粉体80%；增强纤维6%；三氧化二铬10%；粘结剂4%。

纳米级的SiO₂粉体为白炭黑；增强纤维为2%的高硅氧纤维和4%的硅酸铝纤维；粘结剂为聚乙烯基吡咯烷酮，采用两步法混合。首先将纳米二氧化硅粉体和增强纤维加入到封闭式搅拌器中，转速3200r/min，搅拌15分钟后，向混料中加入红外遮光剂和粘结剂，搅拌混合，将混料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后4℃/min的升温速度升温至400℃，保温3h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。

本发明产品导热系数为0.037w/m.k(热面800℃)，耐压强度（厚度方向压缩10%）为0.9MPa，容重为320kg/m³。

实施例3

一种超低导热率纳米微孔隔热材料的制备方法，其组成比例为：纳米二氧化硅粉体85%；增强纤维3%；红外遮光剂7%；粘结剂5%。

纳米级的SiO₂粉体为气相二氧化硅；增强纤维为1%的氧化铝纤维、1%氧化锆纤维和1%的玄武岩纤维；粘结剂为1%的聚乙烯醇、1%的聚醋酸乙烯酯和3%的聚乙烯基吡咯烷酮；红外遮光剂为2%的二氧化钛、2%的三氧化二铁和3%的氧化锆，采用两步法混合。首先将纳米二氧化硅粉体和增强纤维加入到封闭式搅拌器中，转速4000r/min，搅拌10分钟后，向混料中加入红外遮光剂和粘结剂，搅拌混合，将混料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后5℃/min的升温速度升温至500℃，保温4h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。

本发明产品导热系数为0.038w/m.k(热面800℃)，耐压强度（厚度方向压缩10%）为0.8MPa，容重为300kg/m³。

实施例4

一种超低导热率纳米微孔隔热材料的制备方法，其组成比例为：纳米二氧化硅粉体90%；增强纤维3%；红外遮光剂5%；粘结剂2%。

纳米级的SiO₂粉体为气相二氧化硅；增强纤维为1%的氧化铝纤维、1%氧化锆纤维和1%的玄武岩纤维；红外遮光剂为2%的二氧化钛、2%的三氧化二铁和3%的氧化锆；粘结剂为1%的聚乙烯醇和1%的聚乙烯基吡咯烷酮，采用两步法混合。首先将纳米二氧化硅粉体和增强纤维加入到封闭式搅拌器中，转速4000r/min，搅拌10分钟后，向混料中加入红外遮光剂和粘结剂，搅拌混合，将混料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后5℃/min的升温速度升温至500℃，保温4h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。

本发明产品导热系数为0.039w/m.k(热面800℃)，耐压强度（厚度方向压缩10%）为0.7MPa，容重为298kg/m³。

实施例5

一种超低导热率纳米微孔隔热材料的制备方法，其组成比例为：纳米二氧化硅粉体80%；增强纤维8%；红外遮光剂7%；粘结剂5%。

纳米级的SiO₂粉体为气相二氧化硅；增强纤维为2%的超细玻璃纤维、2%的氧化铝纤维和4%的高硅氧纤维；红外遮光剂为2%的二氧化钛、2%的三氧化二铁和3%的氧化锆；粘结剂为2%的聚乙烯醇和3%的聚醋酸乙烯酯，采用两步法混合。首先将纳米二氧化硅粉体和增强纤维加入到封闭式搅拌器中，转速4000r/min，搅拌10分钟后，向混料中加入红外遮光剂和粘结剂，搅拌混合，将混料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后5℃/min的升温速度升温至500℃，保温4h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。

本发明产品导热系数为0.034w/m.k(热面800℃)，耐压强度（厚度方向压缩10%）为1.1MPa，容重为296kg/m³。

实施例6

一种超低导热率纳米微孔隔热材料的制备方法，其组成比例为：纳米二氧化硅粉体80%；增强纤维8%；红外遮光剂10%；粘结剂2%。

纳米级的SiO₂粉体为气相二氧化硅；增强纤维为2%硅酸铝纤维、3%氧化铝纤维、3%氧化锆纤维；红外遮光剂为3%的二氧化钛、3%的三氧化二铁和4%的氧化锆；粘结剂为2%的聚乙烯基吡咯烷酮，采用两步法混合。首先将纳米二氧化硅粉体和增强纤维加入到封闭式搅拌器中，转速4000r/min，搅拌10分钟后，向混料中加入红外遮光剂和粘结剂，搅拌混合，将混料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后5℃/min的升温速度升温至500℃，保温4h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。

本发明产品导热系数为0.035w/m.k(热面800℃)，耐压强度（厚度方向压缩10%）为0.96MPa，容重为292kg/m³。

Claims (7)

1.一种超低导热率纳米气凝胶绝热材料，其特征在于该绝热材料由以下重量百分数的原料制成为：

2.按照权利要求1所述的超低导热率纳米气凝胶绝热材料，其特征在于该绝热材料由以下重量百分数的原料制成为：

3.按照权利要求1或2所述的超低导热率纳米气凝胶绝热材料，其特征在于所述的纳米级的SiO₂粉体为火焰硅灰、白炭黑、气相二氧化硅或二氧化硅气凝胶。

4.按照权利要求1或2所述的超低导热率纳米气凝胶绝热材料，其特征在于所述的增强纤维为超细玻璃纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维和玄武岩纤维中的一种或任意组合。

5.按照权利要求1或2所述的超低导热率纳米气凝胶绝热材料，其特征在于所述的红外遮光剂为二氧化钛、三氧化二铁、氧化锆、碳化硅和三氧化二铬中的一种或任意组合。

6.按照权利要求1或2所述的超低导热率纳米气凝胶绝热材料，其特征在于所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯和聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或任意组合。

7.按照权利要求1或2所述的超低导热率纳米气凝胶绝热材料的制备方法，其特征在于以下步骤：

（1）、将重量百分比为70~90%的二氧化硅与重量百分比为0~10%的增强纤维进行混合，在封闭搅拌机中以2000-5000r/min的搅拌速度下进行搅拌，搅拌5-30min，使增强纤维在纳米粉体中混合均匀；

（2）、将重量百分比为0~30%的遮光剂加入步骤（1）的混合材料中，并加入0~5%的粘结剂，搅拌混合，获得混合材料；

（3）、将上述混合材料倒入一定形状的模具中，干压成型，然后2~6℃/min的升温速度升温至300~500℃，保温1~4h，即得到超低导热率纳米微孔隔热材料。