[发明专利]一种玻璃纤维增韧复合气凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种玻璃纤维增韧复合气凝胶的制备方法，使用硅源、无水乙醇、去离子水和盐酸作为制备SiO2气凝胶原料，采用玻璃纤维作为滤棒段支架，制备得到作为加热不燃烧卷烟滤棒降温段使用的玻璃纤维增韧复合气凝胶复合材料。本发明通过合成物化性能优异的SiO₂气凝胶，将其作为基底材料并与玻璃纤维结合，制做出力学性能和降温效率符合加热不燃烧卷烟滤棒降温段要求的原材料，采用的硅源较为广泛，不需要较高的成本和控制条件，在常温常压下即可制备，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及新型烟草制造领域，具体是一种玻璃纤维增韧复合气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶一般可分为氧化物气凝胶，如SiO₂、A1₂O₃、TiO₂、ZrO₂、B₂O₃、CuO、MoO₂、MgO、SnO₂、Nb₂O₅、Cr₂O₃等；有机炭气凝胶，如RF、PF、MF、PUR等先驱体气凝胶经热处理后所得气凝胶和碳化物气凝胶，如SiC、TiC、MoC气凝胶等，此外还有一些多组分气凝胶，如多相气凝胶A1₂O₃/SiO₂、TiO₂/SiO₂、Fe₂O₃/A1₂O₃、CuO/ZnO/A1₂O₃、MgO/A1₂O₃/SiO₂等。由于气凝胶独特的物理特点和性能，目前在各个行业均有较为广泛的应用。

气凝胶材料具备的高孔隙率以及纳米网络骨架相互连接所形成的介孔结构，决定了其具备极好的降温性能，有望在高温催化剂载体、高温窑炉以及超高声速飞行器等军用、民用领域作为高效降温材料使用。其中SiO₂气凝胶作为一种降温性能优良的轻质纳米多孔非晶固体材料，其导热系数低至0.011-0.017W/(m·K)，非常适合应用于加热不燃烧香烟的滤棒降温段。因为它不仅无毒无害，而且可以通过调节气凝胶的孔隙率实现滤棒段吸阻大小的调节可控。但由于SiO₂气凝胶的网络骨架非常脆弱，力学性能无法达到滤棒制作及复合的要求，且韧性较差，因此如何提高气凝胶的机械性能，增加其韧性是将SiO₂气凝胶应用于低温不燃烧卷烟滤棒降温段的关键。

发明内容

本发明提供一种玻璃纤维增韧复合气凝胶及其制备方法，通过合成物化性能优异的SiO₂气凝胶，将其作为基底材料并与玻璃纤维结合，制做出力学性能和降温效率符合加热不燃烧卷烟滤棒降温段要求的原材料。

一种玻璃纤维增韧复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将制备气凝胶的硅源、无水乙醇、去离子水和盐酸按摩尔比1：(8-15):(3-9):0.032混合，调节pH至3-4，在30-45℃的条件下搅拌水解12h以上；

步骤二、在上述混合溶液中加入0.8mol/L氨水，添加量为所述混合溶液200-450mL添加氨水量为20ml-35ml，迅速搅拌3-5min进行凝胶化反应，得到二氧化硅凝胶；

步骤三、将玻璃纤维依次使用乙醇、去离子水反复洗涤，并在120℃环境下干燥2h；

步骤四、将步骤二中得到的二氧化硅凝胶倒入模具中，同时将步骤三处理的玻璃纤维按照模具的尺寸裁剪，分层依次铺入模具中，将模具密封；