CN111848112A - 一种隔热保温材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隔热保温技术领域，公开一种隔热保温材料及其制备方法。由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，上、下面板层为纤维增强树脂基复合片，中间夹心层由气凝胶粉、隔热填料、红外遮光剂、短纤维组成；上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型。将气凝胶粉、隔热填料、红外遮光剂、短纤维充分混合，得到混合料A，压制成型，得到夹心层B；将与下面板层对应的纤维增强树脂基预浸带平铺放置，将夹心层B平铺于与下面板层对应的纤维增强树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的纤维增强树脂基预浸带，热压成型。本发明很好地解决了气凝胶脆性大的问题。

Description

一种隔热保温材料及其制备方法
技术领域
本发明属于隔热保温技术领域，具体涉及一种隔热保温材料及其制备方法。
背景技术
当今，全球保温隔热材料正朝着高效、节能、薄层、隔热、防水外护一体化方向发展，目前在我国，岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩等传统保温材料仍占据主要市场，这些材料尽管价格比较低，但密度大、使用寿命短、铺设较厚、材料损耗量大、吸湿性高、抗震性能和环保性能较差，使用这些保温材料是无法达到节能标准的。另外，石棉和玻璃棉等建筑保温材料本身就带有大量的有害物质，无法满足人类的健康要求。
与传统隔热保温材料相比，气凝胶作为隔热保温材料具有相当大的优越性，是目前隔热保温材料性能最好的固体材料，是节能降耗的首选材料。气凝胶是由胶体粒子相互聚积形成的纳米多孔材料，具有大的比表面积、低密度、平均孔径小、高孔隙率、低导热系数的特点，在保温隔热上取得了良好的应用效果，具有广阔的应用前景和巨大的实用价值。目前气凝胶在使用过程中仍面临一些问题，如，将气凝胶用于管道等隔热领域，其在安装过程中由于存在柔韧性较差、脆性大等特点，明显降低了其在施工过程的灵活性；气凝胶粉体的利用方面，将气凝胶粉体压制成型后，出现易碎、掉粉的现象，其对操作人员的安全性和运输有一定的影响。因此，在隔热保温领域中如何合理使用气凝胶材料仍是关键。
发明内容
为克服现有技术中存在的不足之处，本发明的目的旨在提供一种隔热保温材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种隔热保温材料，由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，所述上面板层、下面板层为纤维增强树脂基复合片，所述中间夹心层由气凝胶粉、隔热填料、红外遮光剂、短纤维按质量比（60~80）∶（0~20）∶（15~30）∶（2~10）组成；所述上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型。
较好地，所述纤维增强树脂基复合片中的纤维为自然纤维、人造纤维、合成纤维、无机纤维织物中的一种，树脂为热固性树脂或热塑性树脂。
更好地，所述纤维增强树脂基复合片中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、石墨纤维、玄武岩纤维中的一种；所述热固性树脂为酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺中的一种；所述热塑性树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚甲醛树脂、聚苯醚树脂、聚砜树脂中的一种。
较好地，所述气凝胶粉为二氧化硅气凝胶粉、三氧化二铝气凝胶粉、二氧化钛气凝胶粉、二氧化锆气凝胶粉中的一种或多种。
较好地，所述隔热填料为二氧化钛颗粒、氧化锌颗粒、空心玻璃微珠、酚醛树脂空心微球、陶瓷空心微球中的一种或多种。
较好地，所述红外遮光剂为金红石、二氧化钛、锆英石、钛白粉、碳化硅微粉中的一种或多种。
较好地，所述短纤维的长度为50~500μm，所述短纤维为碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、玻璃纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种。
一种所述隔热保温材料的制备方法，制备步骤如下：
（1）、将气凝胶粉、隔热填料、红外遮光剂、短纤维充分混合，得到混合料A；
（2）、将步骤（1）所得混合料A压制成型，得到夹心层B；
（3）、将与下面板层对应的纤维增强树脂基预浸带平铺放置，将步骤（2）所得夹心层B平铺于与下面板层对应的纤维增强树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的纤维增强树脂基预浸带，热压成型后，得到隔热保温材料。
较好地，步骤（2）中，压制成型的压力为0.8~5 MPa。
较好地，步骤（3）中，所述热压成型的温度为100~180℃、压力为2~6MPa、时间为20min~8h。
本发明中，步骤（3）中，上面板层和下面板层之所以分别采用与之对应的纤维增强树脂基预浸带，是因为纤维增强树脂基预浸带热压固化后即成为纤维增强树脂基复合片。纤维增强树脂基复合片或纤维增强树脂基预浸带可通过市购或现有技术制备获得。
有益效果：
（1）、本发明通过将气凝胶粉、隔热填料、红外遮光剂和短纤维压制成型后封装在纤维增强树脂基复合片之间，经过热压成型得到结构整体性好、性能优异的隔热保温材料，热压后的纤维增强树脂基复合面板轻质高强的特性很好地解决压制成型得到气凝胶的脆性大的问题；
（2）、本发明采用的纤维增强树脂基预浸带，在热压条件下具有较强的粘结特性，可以将中间夹心层固定于纤维增强树脂基预浸带之间，在保持中间夹心层良好隔热性能的同时，也可以避免传统气凝胶毡掉粉情况的发生，提高在操作过程中的安全性和环境清洁度；
（3）、本发明成型工艺简单、生产效率高，上下面板层的一体化防护设置可以提高保温材料的输运安全便捷程度，同时结构的特性能够有效地提高施工效率，加大气凝胶材料在隔热保温领域的应用范围。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1
一种隔热保温材料，由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，所述上面板层、下面板层为玻璃纤维增强环氧树脂基复合片，所述中间夹心层由二氧化硅气凝胶粉、金红石红外遮光剂、碳化硅短纤维（长度50μm）按质量比60∶15∶2组成；所述上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型；
所述隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将二氧化硅气凝胶粉、金红石红外遮光剂、碳化硅短纤维充分混合，得到混合料A；
（2）、将步骤（1）所得混合料A放入模具中，在压力机上0.8 MPa下压制成型，得到夹心层B；
（3）、将与下面板层对应的玻璃纤维增强环氧树脂基预浸带平铺放置，将步骤（2）所得夹心层B平铺于与下面板层对应的玻璃纤维增强环氧树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的玻璃纤维增强环氧树脂基预浸带，在180 ℃、2MPa下热压20 min，得到隔热保温材料。
实施例2
一种隔热保温材料，由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，所述上面板层、下面板层为碳纤维增强聚酰胺树脂基复合片，所述中间夹心层由三氧化二铝气凝胶粉、酚醛树脂空心微球、二氧化钛红外遮光剂、氧化铝短纤维（长度200μm）按质量比70∶10∶25∶8组成；所述上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型；
所述隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将三氧化二铝气凝胶粉、酚醛树脂空心微球、二氧化钛红外遮光剂、氧化铝短纤维充分混合，得到混合料A；
（2）、将步骤（1）所得混合料A放入模具中，在压力机上5 MPa下压制成型，得到夹心层B；
（3）、将与下面板层对应的碳纤维增强聚酰胺树脂基预浸带平铺放置，将步骤（2）所得夹心层B平铺于与下面板层对应的碳纤维增强聚酰胺树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的碳纤维增强聚酰胺树脂基预浸带，在150 ℃、4MPa下热压80 min，得到隔热保温材料。
实施例3
一种隔热保温材料，由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，所述上面板层、下面板层为芳纶纤维增强聚丙烯树脂基复合片，所述中间夹心层由二氧化钛气凝胶粉、氧化锌颗粒、钛白粉红外遮光剂、硅酸铝短纤维（长度400μm）按质量比80∶20∶30∶10组成；所述上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型；
所述隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、二氧化钛气凝胶粉、氧化锌颗粒、钛白粉红外遮光剂、硅酸铝短纤维充分混合，得到混合料A；
（2）、将步骤（1）所得混合料A放入模具中，在压力机上3 MPa下压制成型，得到夹心层B；
（3）、将与下面板层对应的芳纶纤维增强聚丙烯树脂基预浸带平铺放置，将步骤（2）所得夹心层B平铺于与下面板层对应的芳纶纤维增强聚丙烯树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的芳纶纤维增强聚丙烯树脂基预浸带，在100℃、6 MPa下热压180 min，得到隔热保温材料。
实施例4
一种隔热保温材料，由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，所述上面板层、下面板层为玻璃纤维增强聚氨酯树脂基复合片，所述中间夹心层由二氧化硅气凝胶粉、空心玻璃微珠、碳化硅微粉红外遮光剂、莫来石短纤维（长度100μm）按质量比65∶5∶20∶6组成；所述上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型；
所述隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将二氧化硅气凝胶粉、空心玻璃微珠、碳化硅微粉红外遮光剂、莫来石短纤维充分混合，得到混合料A；
（2）、将步骤（1）所得混合料A放入模具中，在压力机上2 MPa下压制成型，得到夹心层B；
（3）、将与下面板层对应的玻璃纤维增强聚氨酯树脂基预浸带平铺放置，将步骤（2）所得夹心层B平铺于与下面板层对应的玻璃纤维增强聚氨酯树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的玻璃纤维增强聚氨酯树脂基预浸带，在120℃、5 MPa下热压140 min，得到隔热保温材料。
实施例5
一种隔热保温材料，由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，所述上面板层、下面板层为碳纤维增强酚醛树脂基复合片，所述中间夹心层由二氧化锆气凝胶粉、陶瓷空心微球、锆英石红外遮光剂、碳纤维短纤维（长度300μm）按质量比75∶15∶27∶9组成；所述上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型；
所述隔热保温材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将二氧化锆气凝胶粉、陶瓷空心微球、锆英石红外遮光剂、碳纤维短纤维充分混合，得到混合料A；
（2）、将步骤（1）所得混合料A放入模具中，在压力机上4 MPa下压制成型，得到夹心层B；
（3）、将与下面板层对应的碳纤维增强酚醛树脂基预浸带平铺放置，将步骤（2）所得夹心层B平铺于与下面板层对应的碳纤维增强酚醛树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的碳纤维增强酚醛树脂基预浸带，在160 ℃、3 MPa下热压45 min，得到隔热保温材料。

Claims (10)

1.一种隔热保温材料，其特征在于：由上至下包括上面板层、中间夹心层、下面板层，所述上面板层、下面板层为纤维增强树脂基复合片，所述中间夹心层由气凝胶粉、隔热填料、红外遮光剂、短纤维按质量比（60~80）∶（0~20）∶（15~30）∶（2~10）组成；所述上面板层、中间夹心层、下面板层之间为一体成型。
2.如权利要求1所述的隔热保温材料，其特征在于：所述纤维增强树脂基复合片中的纤维为自然纤维、人造纤维、合成纤维、无机纤维织物中的一种，树脂为热固性树脂或热塑性树脂。
3.如权利要求2所述的隔热保温材料，其特征在于：所述纤维增强树脂基复合片中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、石墨纤维、玄武岩纤维中的一种；所述热固性树脂为酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺中的一种；所述热塑性树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚甲醛树脂、聚苯醚树脂、聚砜树脂中的一种。
4.如权利要求1所述的隔热保温材料，其特征在于：所述气凝胶粉为二氧化硅气凝胶粉、三氧化二铝气凝胶粉、二氧化钛气凝胶粉、二氧化锆气凝胶粉中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的隔热保温材料，其特征在于：所述隔热填料为二氧化钛颗粒、氧化锌颗粒、空心玻璃微珠、酚醛树脂空心微球、陶瓷空心微球中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的隔热保温材料，其特征在于：所述红外遮光剂为金红石、二氧化钛、锆英石、钛白粉、碳化硅微粉中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的隔热保温材料，其特征在于：所述短纤维的长度为50~500μm，所述短纤维为碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、玻璃纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种。
8.一种如权利要求1-7之任一所述的隔热保温材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）、将气凝胶粉、隔热填料、红外遮光剂、短纤维充分混合，得到混合料A；
（2）、将步骤（1）所得混合料A压制成型，得到夹心层B；
（3）、将与下面板层对应的纤维增强树脂基预浸带平铺放置，将步骤（2）所得夹心层B平铺于与下面板层对应的纤维增强树脂基预浸带的上表面，接着在夹心层B的上表面再继续铺设与上面板层对应的纤维增强树脂基预浸带，热压成型后，得到隔热保温材料。
9.如权利要求8所述的隔热保温材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，压制成型的压力为0.8~5 MPa。
10.如权利要求8所述的隔热保温材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述热压成型的温度为100~180℃、压力为2~6MPa、时间为20min~8h。
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