[发明专利]一种无机气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

一种无机气凝胶复合材料制备方法，包括如下步骤:按照气凝胶80‑95份,骨架纤维0.1‑20份，硅藻土1‑20份，蛭石1‑10份混合均匀，经凝胶化和老化后，加入乙醇作为介质，用超临界干燥的方法，得到最终的气凝胶复合材料,上述份数均为重量比。在本发明中，首次将气凝胶用于防毒面具的过滤材料。本发明中，为了充分利用气凝胶低密度、高气孔率和高比表面积的特点，在气凝胶的制造过程中，通过添加无机纤维材料，用纤维材料对气凝胶进行补强，可显著提高气凝胶的结构强度，满足实用化应用的要求。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及人防用吸附隔离材料，具体涉及一种无机气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

防毒面具是保护人员呼吸器官、眼睛及面部免受毒剂、生物战剂、细菌武器和放射性灰尘等有毒、有害物质伤害的个人防护器材。滤毒罐作为防毒面具的核心部件，其内部装填的滤毒材料直接影响面具的防护性能。自第一次世界大战中防毒面具产生后，世界各国陆续开展了防毒面具的研制工作，各种各样的防毒面具相继问世。随着科学技术的快速发展，防毒面具在防毒能力和舒适性等方面都有了质的飞跃，防毒面具的应用领域也从最初的军事防护扩展到工业防护、劳动保护和应急救援等领域。随着人们生活水平 断提高，自我保护意识不断增强，对防毒面具的需求量也越来越大。作为一种重要的个人防护器材，防毒面具的生产和研究受到广泛关注和重视。

过滤材料是防毒面具的核心部件。过滤材料的主要作用是滤除有害气体、有毒的粉尘和烟雾及细菌、病毒和芽孢等致病物质。目前，在防毒面具中应用最为普遍的过滤材料是抗陈化浸渍活性炭。这种材料的特点是比表面积大，可与多种金属元素复合，用于过滤或吸附有毒气体，但缺点是由于活性炭的强吸附性能及其亲水性，在潮湿环境中，容易吸附水而导致其性能逐渐下降并最终失效。虽然经过抗陈化处理，可以在一定程度上解决陈化问题，但在增加制造成本的同时，难以从材料根本上解决问题。而气凝胶是一种疏水性材料，水汽不会被吸附在材料内，因此从根本上解决了吸附材料的陈化难题。

气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。这种材料的特点是透明，密度低（0.003-0.3g/cm³），高孔隙率（80%-99.8%），大比表面积（100-2000m²/g）极低的热导率（10-40 mW / ( m·K )）。因其超低的热导率和密度，气凝胶在航空航天、石油、冶金、通信和电子等行业中被广泛用作隔热材料。而除了隔热材料之外的应用，则很缺乏，主要原因是气凝胶的结构强度较低，难以根据需要成型，或成型后强度难以满足需求，因此限制了它的使用。

气凝胶独特的网络结构及高孔隙率是其具有独特性能的主要原因，也是其脆性大、强度低主要原因（室温弯曲强度约0.02MPa）。一方面，孔隙率越高的气凝胶网络骨架承受的应力越大；另一方面，气孔孔径分布越不均匀，孔间的毛细管压力差也就越大。当相邻细孔的孔径相差较大时，可能产生将 近100MPa的压力差，凝胶结构很容易变形破裂，从而降低了材料的稳定性和韧性。通过控制制备工艺能 够有效地控制气凝胶的内部结构，改善气孔孔径分布的一致性，使材料本身具有更好的力学性能，但由于气凝胶的网络结构是通过硅氧键连接而成的三维缩聚物，共价键本身的弱应变性决定了气凝胶材料的脆性。因此，仅仅通过控制制备工艺改善其力学性能以满足应用的要求是很困难的。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷,更好的利用气凝胶的优良吸附性能，本发明公开了一种无机气凝胶复合材料及其制备方法。

本发明所述无机气凝胶复合材料制备方法，包括如下步骤:

按照气凝胶80-95份, 骨架纤维0.1-20份，硅藻土1-20份，蛭石1-10份混合均匀，经凝胶化和老化后得到凝胶，按照凝胶与乙醇质量比1:1-1.2的比例加入乙醇作为介质，用超临界干燥的方法得到最终的气凝胶复合材料,上述份数均为重量比。

具体的，所述超临界干燥过程中，具体参数为温度240-245℃，压力为6-6.5MPa。