[发明专利]一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶

说明书

本发明提出的一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶，采用硅源和无水乙醇制备醇溶胶，并通过增强材料进行改性，增强材料由纳米二氧化钛水分散液、石墨烯水溶液以及碳化硅酒精水溶液充分混合而成，改性后的醇溶胶经过溶液置换、老换、超临界干燥后，制得高强度硅气凝胶成品，成品高强度硅气凝胶继承了二氧化钛、石墨烯、碳化硅的高折射率以及对红外的高反射率，隔热效果明显加强，强度和脆性也得到有效改善，而且，随着硅气凝胶自身温度的增加，红外反射、折射率亦会随之加强。

技术领域

本发明涉及气凝胶生产应用领域，特别是一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶。

背景技术

气凝胶是在保持凝胶骨架结构完整的情况下，将凝胶内溶剂干燥后的产物，其是一种具有纳米多孔结构的非晶态低密度材料。二氧化硅气凝胶又被称作“蓝烟”、“固体烟”，是目前已知的最轻的固体材料，也是迄今为止保温性能最好的材料，被誉为“改变世界的神奇材料”。

硅气凝胶由于其强度低、脆性大，存在颗粒脱落的现象，导致使用时，受到很多限制。

为改善这一缺陷，通常采用添加增强纤维的方法进弥补，虽稍有成效，但效果并不明显。

发明内容

本发明针对上述问题，本发明公开了一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶。

具体的技术方案如下：

一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

1、准备硅源，将硅源加入到无水乙醇中，并与30~35℃下，超声搅拌均匀，得到醇溶胶，其中，硅源与无水乙醇的摩尔比为0.04~0.05：1；

2、醇溶胶完成后，继续搅拌，并加入增强材料，混入醇凝胶中，持续搅拌30分钟，得到改性醇溶胶；

3、随后将改性醇溶胶导入盛有无水乙醇的容器中，进行置换，去除多余的水分，置换过程一次需6~8小时，重复3~4次，直至完全置换；

4、将完成溶液置换的醇溶胶导入射频老化设备中，进行射频老化，得到改性醇凝胶；

5、完成老化后得到的改性醇凝胶，导入模具中，在压力为20MPa和温度为50℃ 的条件下超临界干燥3小时，然后在温度为50℃的条件下匀速泄压3h至压力为6MPa，最后关闭超临界干燥，直至压力回到正常大气压，去除模具，去摸即得高强度硅气凝胶成品；

步骤2中所述的增强材料，由纳米二氧化钛水分散液、石墨烯水溶液以及碳化硅酒精水溶液充分混合而成，其制备方法如下：

a、取碳化硅粉体和酒精水溶液，将碳化硅粉体加入酒精水溶液中，并加入适量的分散剂，进行搅拌，直至充分混合，无沉降，得到碳化硅酒精水溶液；

b、纳米二氧化钛水分散液、石墨烯水溶液以及碳化硅酒精水溶液一并加入容器中，快速搅拌，并同步加入适量的CTAB，直至充分混合，无沉降，即得复合增强材料；

其中，所述纳米二氧化钛水分散液、石墨烯水溶液以及碳化硅酒精水溶液的质量比为1：1~1.5:4~5。

上述的一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶，其中，所述硅源为二氧化硅或者水玻璃中的一种。

上述的一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶，其中，步骤a中所述酒精水溶液中酒精和水的容量百分数为45~55vol%。

上述的一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶，其中，步骤a中所述分散剂为PEG，其质量与碳化硅粉体、酒精水溶液总质量的重量百分率为4.5~5.5wt%。

上述的一种基于改良增强材料的高强度硅气凝胶，其中，步骤b中所述CTAB的添加量与纳米二氧化钛水分散液、石墨烯水溶液以及碳化硅酒精水溶液总容量的比值为3~5mg/ml。