[发明专利]一种阻燃硅气凝胶绝热复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃绝热复合材料的制备方法，具体为一种阻燃硅气凝胶绝热复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来能源问题已成为世界各国关注的热点问题，各国都在从本国的国情出发制定相关的能源政策。在重视新能源开发的同时，各国也非常重视节能。在我国，随着国民经济的飞速发展，能源紧缺的问题日益突出。例如，工业炉和各种高温反应器是消耗大量能源的设备，窑炉的能耗占总生产能耗的40%～70%，其热能利用效率较低，还不到30%。在建筑领域，建筑能耗占全国能耗的25%左右。此外，在航空航天、太阳能热水器、石油管道、汽车发动机、低温冰箱、保暖衣服等领域都需要大力发展新型的高效节能隔热环保材料。而目前,阻燃且低热导率的纳米多孔绝热材料产业化，在国内还处于起步阶段，在国际上也只有美国，德国等少数几个国家具有生产能力。该材料可广泛应用于航天、建筑、消防等多领域，在一些装备和设备的隔热方面具有无可替代的作用。阻燃且低热导率的纳米多孔绝热材料开发及投产将重新定位隔热材料行业的市场划分，在生产过程中，几乎可以做到零污染排放，属于国家大力倡导的绿色环保型产业，为我国在该行业上取得技术和市场的双重优势。该材料符合国家关于新材料领域优先发展的战略部署，其投产对促进投资地的两个转变具有积极意义，并可以带动投资地的产业升级。

目前，国内外研究的隔热材料主要包括有机隔热材料和无机隔热材料。但有机隔热材料主要应用于中低温的隔热场合，无机隔热材料（如纤维毡、棉、布等）隔热效果由于受到生产工艺的限制还难以进一步的提高，因此寻求耐高温、高效隔热材料是国内外研究的主要方向。

纳米技术是上世纪80年代以来发展的一项重要技术，纳米科学与技术被认为是21世纪三大科技之一，其科学价值和应用前景已逐渐被人们所认识。纳米技术在诸多领域的应用为隔热材料的发展展现了广阔的空间。研究表明，当隔热材料中的多孔骨架和多孔结构达到纳米尺度时，其纳米级孔径可显著降低气体分子热传导和对流传热，纤细的纳米级骨架颗粒可显著降低固态热传导，材料具有极低的热导率（常温热导率低于空气），可作为一种新型高效隔热材料。

目前，国内外针对纳米隔热材料开展了广泛的研究，并取得了一定的进展。其中，纳米多孔SiO₂气凝胶研究最为广泛，是目前已知热导率最低的固体材料（常温下热导率仅为0.013W/m.K）。但是，单纯的气凝胶强度低、脆性大，难以直接达到实际应用的要求，其次其对波长为3～8μm的近红外具有较强的透过性，致使其在高温下遮挡红外辐射能力较差，高温隔热效果还有待改进。

因此，为充分发挥纳米多孔SiO₂气凝胶在隔热方面的优势，人们通过制备SiO₂气凝胶复合材料，以提高材料的使用性能和高温隔热性能，并且也取得了一定的研究成果。其中，美国的ASPEN公司在研究纳米隔热材料方面处于世界领先水平，其产品在常温和500℃下热导率分别为0.013～0.016W/m·K和0.033W/m·K。这使得该公司产品在航空、航天应用领域具有举足轻重的优势。该公司的产品已应用于军事、航天隔热系统以及石油管道包敷以及建筑保温墙板，保暖衣服、鞋子等民用领域。德国Frick等研制的纳米隔热材料作为夹层填充于双层玻璃之间可制备出一种节能环保生态型窗体材料，具有既透光又隔热的效果。在国内，国防科技大学、同济大学、北京科技大学、广东爱力生有限公司、浙江绍兴纳诺高科等也在积极开展相关研制工作，并取得了一定的进展，为今后纳米隔热材料的产业化提供了宝贵的经验和基础。

气凝胶特有的纳米多孔网络结构，使其在热学、光学、电学、声学等方面表现出许多独特的性质，如低密度（0.003-0.35g/cm³）、高比表面积（600-1000m²/g）、高孔隙率（85-99.8%）、低折射系数（1.0-1.08）、低声传播系数（100m/s）、低介电常数、低热导率以及纳米级的颗粒骨架（2-5nm）和孔径尺寸等。这些特殊的性质使得SiO₂气凝胶具有非常广泛的应用前景，其在能源、信息、环保、催化、隔热、建筑等领域存在的巨大应用潜力，已引起世界各领域科学家的重视。其中，在隔热方面，纳米多孔气凝胶作为一种新型高效隔热材料，将在民用、航天航空以及军事民用等领域显示出广阔的应用前景，将对社会产生巨大的经济效益。