[发明专利]一种高性能多层薄毡复合隔热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能复合材料技术领域，具体地说，本发明涉及一种高性能复合隔热材料及其制备方法。

背景技术

气凝胶是由胶体粒子缩聚而成的一种轻质纳米多孔材料，具有连续的网络结构，由于其形成的孔隙尺寸小于空气分子的平均自由程(约70nm)，空气分子的热传导和热对流作用大幅度下降，同时纳米颗粒堆积成无限长的路径，也有效减弱了固体对热的传导作用，基于气凝胶材料对固态和气态传导的优良抑制作用，是目前已知热导率最低的一种固体材料。气凝胶材料密度小，网络骨架强度较差，不能单独作为隔热材料使用，采用基体增强技术将气凝胶颗粒复合到微米纤维毡中极大提高了气凝胶材料的力学性能，同时由于气凝胶材料填充到无机纤维毡的空隙中，抑制了纤维毡中空气分子的对流传热，有效提高了无机纤维毡对热的阻隔能力。

热量传递以三种方式进行，传导传热、对流传热和辐射传热。在低温阶段，热交换以对流传热为主，而在高温阶段(温度≥400℃)，辐射传热将占主导地位，其传热量随温度的4次方增长，因此随着温度的升高，辐射传热所起的作用越来越大。为提高气凝胶复合材料的高温隔热能力，需添加红外阻隔剂抑制高温辐射传热，但太多红外阻隔剂会提高复合材料密度，从而增加固体传热速率，降低复合材料的隔热能力；而太少红外阻隔剂则很难有好的辐射传热抑制作用。

本发明人发现，热量沿着隔热材料厚度方向递减，呈梯度分布。本发明人还发现，一种纤维制备成的薄毡只能在某一特定温区有最好的隔热性能。例如，对于在1000℃环境具有良好隔热性能的某一种薄毡，其在600℃的环境中的隔热性能未必良好。于是，本发明人按照温区递减趋势，将不同纤维种类的薄毡进行组合，可实现薄毡隔热性能的最优化，从而提高材料的隔热能力。

针对高温环境的高效防隔热问题，本申请提供了一种高性能多层薄毡复合隔热材料，该材料是由无机纤维毡、红外阻隔剂和气凝胶材料复合构成，其中无机纤维毡起到基体增强作用，红外阻隔剂用于抑制辐射传热，气凝胶材料填充在纤维毡空隙，抑制气体传导和对流传热，并且作为纤维毡的粘结剂将多层纤维毡粘结在一起。可以通过调节纤维毡组成、厚度、铺层数和不同层数纤维毡红外阻隔剂粒径及含量来满足实际需求，实现多层薄毡复合隔热材料的高效防热功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能多层薄毡复合隔热材料及其制备方法。本发明人发现，针对不同热环境，通过调节多层薄毡组成及铺层顺序、选用适当的红外阻隔剂粒径及含量等参数，可以使该材料具有令人意外的性能，从而达到高效防隔热的目的。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

1.一种高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述高性能多层薄毡复合隔热材料由多层薄毡、红外阻隔剂和气凝胶材料复合构成。

2.如技术方案1所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡由纤维制备，所述纤维为硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维、玻璃纤维、石英纤维、氧化锆纤维中的一种或任两种的组合。

3、如技术方案2所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述的硅酸铝纤维、高硅氧纤维、玄武岩棉纤维、玻璃纤维、石英纤维的直径为1～7μm，长度为1～6mm；优选的是，所述硅酸铝纤维和石英纤维直径为1～3μm，长度为1～3mm；所述的莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维的直径为1～15μm，长度为1～6mm，优选的是，所述莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维的直径为1～10μm，长度为1～3mm。

4、如技术方案1-3任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述薄毡的厚度为1-10mm，优选1mm、2mm、3mm、4mm或5mm；优选的是，所述薄毡的密度为0.05g/cm³-0.25g/cm³，优选为0.10g/cm³-0.15g/cm³。

5、如技术方案1-4任一项所述的高性能多层薄毡复合隔热材料，其中，所述红外阻隔剂选自由SiC、Cr₂O₃、CoO₂、TiO₂、Fe₂O₃、钛酸钾晶须或其中任意组分组合组成的组；优选的是，所述红外阻隔剂颗粒的粒径为100nm～100μm；另外优选的是，红外阻隔剂与所述薄毡的重量比为3％-60％。