[发明专利]一种桥梁抗火用多组分气凝胶复合纤维毡的制备方法

说明书

一种桥梁抗火用多组分气凝胶复合纤维毡的制备方法，包括以下步骤：(1)以莫来石纤维和陶瓷纤维为原料，采用针刺工艺制备复合纤维毡；(2)利用化学路线制备二氧化硅凝胶溶液；(3)将复合纤维毡完全浸没到二氧化硅凝胶溶液，由此制得复合纤维毡‑二氧化硅凝胶复合体；(4)将复合纤维毡‑二氧化硅凝胶复合体先进行老化处理，后浸泡于碳酸氢钠溶液中进行溶剂置换；(5)将在碳酸氢钠溶液中浸泡的复合纤维毡‑二氧化硅凝胶复合体用水清洗后，放入烘箱进行分段烘干处理，由此制得多组分气凝胶复合纤维毡。本发明的制备方法制得的多组分气凝胶复合纤维毡，提高能适用于钢桥被动抗火材料的抗火温度，表现出优异的耐高温性能和低热导率。

技术领域

本发明属于抗火材料技术领域，涉及具体涉及一种桥梁抗火用多组分气凝胶复合纤维毡的制备方法。

背景技术

世界上已建成的大跨度桥梁，大多都是缆索承重体系的悬索桥和斜拉桥。缆索主要由高强钢丝组成，高强钢丝随温度的提升强度剧烈下降，当温度超过700℃时，钢丝基本丧失承载能力。今年来随着我国经济的快速发展，桥梁交通量尤其是危化品车辆交通量明显增加，由此带来了大量的桥梁火灾事故。以油罐车为例，发生火灾时最大热释放速率可达200MW，温度超过1100℃，在没有保护措施的情况下，火灾会对桥梁缆索系统造成不可逆转的损伤，甚至导致桥梁坍塌，造成重大安全事故和经济损伤。因此，桥梁防火安全问题越来越被重视。然而，目前缺乏针对桥梁特殊使用环境的耐火材料。桥梁耐火材料首先要求可以在1100℃下仍然可以保持良好的抗火隔热性能，其次要求有较好的力学性能，可以适应桥梁运行中的动载荷，第三要求有较低的导热系数。

目前使用的耐火纤维材料没有针对桥梁缆索系统使用场景进行优化，力学性能和高温使用性能没有良好的匹配。多种耐火纤维复合可以获得较好的综合性能，实现对特定性能指标的有效调控。目前复合耐火纤维产品仍存在导热系数高、结合能力差等缺点。二氧化硅气凝胶是一种多孔结构的材料，孔隙率可以达到90％以上，而且具有极低的导热系数。将二氧化硅气凝胶与耐火纤维复合可以有效降低耐火纤维的导热系数。本发明将高温性能优异的莫来石纤维和柔韧性较好的陶瓷纤维进行复合，制备出复合纤维毡，再将二氧化硅气凝胶与复合纤维毡复合，研制出多组分气凝胶复合纤维毡。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种桥梁抗火用多组分气凝胶复合纤维毡的制备方法，提高能适用于钢桥被动抗火材料的抗火温度，同时搞清楚莫来石纤维和陶瓷纤维的比例对复合纤维气凝胶毡的热导率和高温耐火性能的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种桥梁抗火用多组分气凝胶复合纤维毡的制备方法，包括以下步骤：

(1)以莫来石纤维和陶瓷纤维为原料，采用针刺工艺制备10mm厚莫来石纤维和陶瓷纤维复合纤维毡：利用开松机对莫来石纤维和陶瓷纤维进行开松和混合处理，针刺压实后制得复合纤维毡，将复合纤维毡剪切，以备后续使用；

(2)将正硅酸酯、乙醇和水按照摩尔比1:5:4进行混合，利用磁力搅拌器对混合溶液搅拌15min，随后将混合溶液转入带磁力搅拌系统的水浴锅中，水浴锅中的温度设为80℃，在磁力搅拌环境下将稀盐酸溶液引入到混合溶液中，混合溶液的PH值低于4后，停止添加稀盐酸，之后接着磁力搅拌2h；随后滴入二甲基甲酰胺和水，二甲基甲酰胺与正硅酸酯的摩尔比为0.2:1；随后在搅拌条件下滴加氨水溶液和氟化铵溶液，溶液PH值大于6时停止滴加氨水溶液，添加的氟化铵与正硅酸酯的摩尔比为0.008:1，由此制得二氧化硅凝胶溶液；

(3)将剪切后的复合纤维毡完全浸没到上述二氧化硅凝胶溶液，浸没时间为1h～2h，由此制得复合纤维毡-二氧化硅凝胶复合体；

(4)将复合纤维毡-二氧化硅凝胶复合体在40℃烘箱中老化24h，随后将复合纤维毡-二氧化硅凝胶复合体浸泡于一定浓度的碳酸氢钠溶液中进行溶剂置换，浸泡时间为24h；