一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及新型保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣相二氧化硅/納米炭黑復(fù)合 材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，能源的消耗成幾何倍數(shù)的增長(zhǎng)，發(fā)展新 型節(jié)能材料與設(shè)備是目前各國(guó)研宄的重點(diǎn)。真空絕熱板是由高阻隔薄膜、多孔芯材、吸附劑 組成，經(jīng)真空成型工藝而制成的板狀材料，由于其超低導(dǎo)熱系數(shù)而受到了廣泛關(guān)注。其中作 為核心部位的芯材主要由玻璃纖維、短切絲、二氧化硅等材料組成，其中以二氧化硅作為芯 材的真空絕熱板由于較低的導(dǎo)熱系數(shù)，長(zhǎng)的使用壽命和環(huán)保無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的研 宄和快速發(fā)展。
[0003] 如專利CN102976710A公開(kāi)了一種納米微孔保溫材料的制備方法，主要由納米級(jí) 二氧化硅、紅外遮光劑及增加纖維等材料攪拌混合而成，該制備方法需要在800°C燒結(jié)lh， 制作成本較高。
[0004] 再如專利CN102464468B公開(kāi)了一種納米復(fù)合絕熱材料及其制備方法，由納米氧 化硅、有機(jī)纖維、輻射阻隔劑和粘結(jié)劑組成，當(dāng)將其制備成真空絕熱板時(shí)，最低導(dǎo)熱系數(shù)可 達(dá)到0. 004-0. 005w/mk，該制備方法使用了多種納米級(jí)材料，材料成本較高，不適合規(guī)?；?生產(chǎn)。
[0005] M.Alam等人(M.Alam,H.Singh,S.Brunner,C.Naziris.Energyand Buildings. 69 (2014) 442-450)制備了膨脹珍珠巖/氣相二氧化硅復(fù)合材料，并調(diào)整其中膨 脹珍珠巖含量來(lái)考察復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的變化，利用該種節(jié)省成本方法制備的產(chǎn)品，導(dǎo)熱 系數(shù)最低可達(dá)到〇. 〇〇76w/mk，該方法可以一定程度降低成本，但是導(dǎo)熱系數(shù)較高，不適合實(shí) 際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種氣相二氧化硅/納米炭黑復(fù)合材料并輔以添加增強(qiáng) 纖維與遮光劑的方法改善現(xiàn)有技術(shù)的不足，即要提供一種成本較低、工序簡(jiǎn)單適宜規(guī)模化 生產(chǎn)的配方與方法，同時(shí)又要滿足低導(dǎo)熱系數(shù)性能，滿足客戶要求。
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0008] 一種復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量的組分制成：氣相二氧化硅50-100g、增 強(qiáng)纖維5-25g、遮光劑l-5g、納米級(jí)炭黑l-30g;
[0009] 一種制備上述復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0010] (1)首先，稱取50-100g氣相二氧化硅及5-25g增強(qiáng)纖維放入密閉式混料機(jī)中，充 分?jǐn)嚢杈鶆?，其中增?qiáng)纖維為：聚丙烯短切絲，聚酯短纖維，玻璃纖維短切絲等其中一種或 者幾種混合物；
[0011] (2)稱量l-5g遮光劑加入已攪拌均勻的步驟（1)中的物料中，其中遮光劑未：納 米氧化鋅、納米氧化鈦、納米二氧化錯(cuò)等其中一種或者幾種混合物；
[0012] (3)稱量l_30g納米級(jí)炭黑作為改性劑加入步驟（2)中的物料中，在混料機(jī)中快速 攪拌5-40min，形成分散均勾的復(fù)合材料；
[0013] (4)用預(yù)先裁剪好的無(wú)紡布袋裝入步驟（3)中攪拌好的復(fù)合材料，并通過(guò)抹平、壓 制成型等形成作為真空絕熱板芯材的氣相二氧化硅/納米炭黑復(fù)合材料。
[0014] 所述制備的復(fù)合材料具有低的導(dǎo)熱系數(shù)，在內(nèi)部真空度為0. 04-10pa時(shí)，產(chǎn)品的 導(dǎo)熱系數(shù)最低可達(dá)到0. 0045-0. 0056w/mk。
[0015] 所述的制備復(fù)合材料具有良好的老化效果，在40-90°C，60-90%RH下，老化10-60 天后僅增長(zhǎng)了 〇? 0004-0. 0012w/mk。
[0016] 所述步驟（3)中快速攪拌方法制備均勻的復(fù)合材料的高速攪拌速度為 100_500rpm，攬樣時(shí)間為 5_40min。
[0017] 所述的通過(guò)添加的納米級(jí)炭黑的復(fù)合材料的比表面積為40-200m2/g。
[0018] 所述的復(fù)合材料利用無(wú)紡布預(yù)裝、烘干、抽真空成型后可作為真空絕熱板的芯材 使用。
[0019] 本發(fā)明是采用氣相二氧化硅作為主體材料，輔以增強(qiáng)纖維，遮光劑，并通過(guò)改變添 加炭黑的含量來(lái)調(diào)整產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能，由于氣相二氧化硅占復(fù)合材料的大部分，添加填料 較少而且價(jià)格低廉，適合批量化生產(chǎn)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 1)以氣相二氧化硅作為基體材料，通過(guò)添加少量的增強(qiáng)纖維與遮光劑，通過(guò)干法 混料方法攪拌均勻，然后用無(wú)紡布裝袋成型，這種方法制作簡(jiǎn)單，儀器設(shè)備常見(jiàn)，適合規(guī)模 化生產(chǎn)。
[0022] 2)在配料中加入納米級(jí)炭黑，并通過(guò)調(diào)整炭黑含量，尋找最低的導(dǎo)熱系數(shù)，具有片 層結(jié)構(gòu)炭黑的加入可以降低輻射傳熱，提高隔熱性能，同時(shí)，可以將復(fù)合材料的比表面積由 5-50m2/g增加到40-200m2/g，增強(qiáng)產(chǎn)品老化性能，提高使用壽命，在真空絕熱板方面具有很 大的應(yīng)用前景。
[0023] 3)在物理方法制備復(fù)合材料或其它相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域具有很好的潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明復(fù)合材料添加的納米級(jí)炭黑的掃描電鏡照片；
[0025] 圖2為本發(fā)明復(fù)合材料添加3 %的納米炭黑的比表面積對(duì)比；
[0026] 圖3為本發(fā)明復(fù)合材料添加炭黑與未添加炭黑的復(fù)合材料數(shù)據(jù)對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機(jī)中，開(kāi)啟攪拌機(jī)，并設(shè)定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長(zhǎng)度為9mm的聚醋短切絲于攪拌器中，攪拌lOmin，至兩者混 合均勾。繼續(xù)加入2g遮光劑，調(diào)整攪拌速度為300rpm，繼續(xù)攪拌30min形成均勾的納米復(fù) 合材料。用預(yù)先裁剪好一定規(guī)格的無(wú)紡布袋裝入該復(fù)合材料，通過(guò)攤平、壓制成型，最后通 過(guò)烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0030] 實(shí)施例2 :
[0031] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機(jī)中，開(kāi)啟攪拌機(jī)，并設(shè)定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長(zhǎng)度為9mm的聚醋短切絲于攪拌器中，攪拌lOmin，至兩者混 合均勾。繼續(xù)加入2g遮光劑及Ig納米炭黑，調(diào)整攪拌速度為300rpm，繼續(xù)攪拌30min形成 均勻的納米復(fù)合材料。用預(yù)先裁剪好一定規(guī)格的無(wú)紡布袋裝入該復(fù)合材料，通過(guò)攤平、壓制 成型，最后通過(guò)烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0032] 實(shí)施例3 :
[0033] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機(jī)中，開(kāi)啟攪拌機(jī)，并設(shè)定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長(zhǎng)度為9mm的聚醋短切絲于攪拌器中，攪拌lOmin，至兩者混 合均勾。繼續(xù)加入2g遮光劑及3g納米炭黑，調(diào)整攪拌速度為300rpm，繼續(xù)攪拌30min形成 均勻的納米復(fù)合材料。用預(yù)先裁剪好一定規(guī)格的無(wú)紡布袋裝入該復(fù)合材料，通過(guò)攤平、壓制 成型，最后通過(guò)烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0034] 實(shí)施例4 :
[0035] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機(jī)中，開(kāi)啟攪拌機(jī)，并設(shè)定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長(zhǎng)度為9mm的聚醋短切絲于攪拌器中，攪拌lOmin，至兩者混 合均勾。繼續(xù)加入2g遮光劑及5g納米炭黑，調(diào)整攪拌速度為300rpm，繼續(xù)攪拌30min形成 均勻的納米復(fù)合材料。用預(yù)先裁剪好一定規(guī)格的無(wú)紡布袋裝入該復(fù)合材料，通過(guò)攤平、壓制 成型，最后通過(guò)烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0036] 參考圖1-3,本發(fā)明通過(guò)添加納米炭黑來(lái)調(diào)整產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能，納米級(jí)炭黑具有片 層結(jié)構(gòu)可以有效的反射和吸收自然光，紅外光，減少產(chǎn)品的輻射傳熱，從而降低材料的導(dǎo)熱 系數(shù)，提高隔熱性能；同時(shí)，納米級(jí)炭黑具有非常大的比表面積（多500m2/g)，當(dāng)將其加入 到復(fù)合材料中可以增加產(chǎn)品比表面積，從而可以吸收更多的氣體，降低產(chǎn)品對(duì)內(nèi)部氣壓的 敏感性，提高老化性能，增長(zhǎng)使用壽命。
[0037] 表1為通過(guò)添加不同量納米炭黑復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)表
[0038] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣相二氧化娃、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 首先，稱取50-100g氣相二氧化硅及5-25g增強(qiáng)纖維放入密閉式混料機(jī)中，充分?jǐn)嚢?均勻，其中增強(qiáng)纖維為：聚丙烯短切絲，聚酯短纖維，玻璃纖維短切絲其中一種或者幾種混 合物； 2) 稱量l_5g遮光劑加入步驟（1)中已攪拌均勻的物料中，其中遮光劑為：納米氧化 鋅、納米氧化鈦、納米二氧化鋯其中一種或者幾種混合物； 3) 稱量l_30g納米級(jí)炭黑作為改性劑加入其中，在混料機(jī)中高速攪拌5-40min，形成分 散均勻的復(fù)合材料； 4) 用預(yù)先裁剪好的無(wú)紡布袋裝入步驟（3)中攪拌好的復(fù)合材料，并通過(guò)抹平、壓制成 型形成作為真空絕熱板芯材的氣相二氧化娃/納米炭黑復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述氣相二氧化娃的原生粒徑為5-40nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述的增強(qiáng)纖維的長(zhǎng)度為3-15_，直徑為5-20 μ m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述的高速攪拌速度為100-500rpm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復(fù)合材料為白色、灰色或者灰白色中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復(fù)合材料的比表面積為40-200m 2/g。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 0045-0. 0056w/mk。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復(fù)合材料可作為芯材應(yīng)用于真空絕熱板中。
【專利摘要】一種氣相二氧化硅、納米級(jí)炭黑復(fù)合材料的制備方法，所制備的復(fù)合材料可用作真空絕熱板的芯材。該復(fù)合材料以氣相二氧化硅作為主要材料，通過(guò)添加短纖維、遮光劑等提高產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度及隔熱性能，采用機(jī)械高速混合的方法制備分散均勻的復(fù)合材料。并進(jìn)步研究了納米級(jí)炭黑作為添加劑對(duì)該復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能及老化效果的影響，通過(guò)調(diào)整納米級(jí)炭黑的添加量，制備了多組產(chǎn)品，測(cè)試表明，當(dāng)炭黑的添加量為3-15％時(shí)具有最佳的隔熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到0.0040-0.0048w/mk。本發(fā)明的積極效果是：制備過(guò)程簡(jiǎn)單，采用干法混合，使用原材料價(jià)格便宜易得，適合規(guī)?；a(chǎn)；制備的產(chǎn)品性能優(yōu)異穩(wěn)定，老化性能好，可以降低在冰箱等家用電器應(yīng)用能耗。
【IPC分類】C04B30-02, C01B33-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104556966
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510058587
【發(fā)明人】夏冬星, 夏玉明
【申請(qǐng)人】滁州銀興電氣有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日