一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料及其制備方法。其中，所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料由多層薄氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復(fù)合構(gòu)成。所述多層薄氈復(fù)合隔熱材料由多層薄氈鋪層而成，里面填充不同含量的紅外阻隔劑和氣凝膠顆粒，氣凝膠顆粒通過溶膠-凝膠結(jié)合超臨界干燥方式制備，兼具將多層薄氈粘結(jié)在一起的功能。根據(jù)應(yīng)用溫區(qū)的不同，可以對纖維種類、紅外阻隔劑種類及含量進行調(diào)整，以獲得最佳隔熱性能的材料組合，該材料還具有較好的成型性，便于制備不同型面和尺寸的產(chǎn)品。其在在航天飛行器、窯爐保溫、極端環(huán)境的高效防隔熱等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，本發(fā)明涉及一種高性能復(fù)合隔熱材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣凝膠是由膠體粒子縮聚而成的一種輕質(zhì)納米多孔材料，具有連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于其形成的孔隙尺寸小于空氣分子的平均自由程(約70nm)，空氣分子的熱傳導(dǎo)和熱對流作用大幅度下降，同時納米顆粒堆積成無限長的路徑，也有效減弱了固體對熱的傳導(dǎo)作用，基于氣凝膠材料對固態(tài)和氣態(tài)傳導(dǎo)的優(yōu)良抑制作用，是目前已知熱導(dǎo)率最低的一種固體材料。氣凝膠材料密度小，網(wǎng)絡(luò)骨架強度較差，不能單獨作為隔熱材料使用，采用基體增強技術(shù)將氣凝膠顆粒復(fù)合到微米纖維氈中極大提高了氣凝膠材料的力學(xué)性能，同時由于氣凝膠材料填充到無機纖維氈的空隙中，抑制了纖維氈中空氣分子的對流傳熱，有效提高了無機纖維氈對熱的阻隔能力。
[0003]熱量傳遞以三種方式進行，傳導(dǎo)傳熱、對流傳熱和輻射傳熱。在低溫階段，熱交換以對流傳熱為主，而在高溫階段(溫度> 4000C )，輻射傳熱將占主導(dǎo)地位，其傳熱量隨溫度的4次方增長，因此隨著溫度的升高，輻射傳熱所起的作用越來越大。為提高氣凝膠復(fù)合材料的高溫隔熱能力，需添加紅外阻隔劑抑制高溫輻射傳熱，但太多紅外阻隔劑會提高復(fù)合材料密度，從而增加固體傳熱速率，降低復(fù)合材料的隔熱能力；而太少紅外阻隔劑則很難有好的輻射傳熱抑制作用。
[0004]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，熱量沿著隔熱材料厚度方向遞減，呈梯度分布。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，一種纖維制備成的薄氈只能在某一特定溫區(qū)有最好的隔熱性能。例如，對于在1000°C環(huán)境具有良好隔熱性能的某一種薄氈，其在600°c的環(huán)境中的隔熱性能未必良好。于是，本發(fā)明人按照溫區(qū)遞減趨勢，將不同纖`維種類的薄氈進行組合，可實現(xiàn)薄氈隔熱性能的最優(yōu)化，從而提聞材料的隔熱能力。`
[0005]針對高溫環(huán)境的高效防隔熱問題，本申請?zhí)峁┝艘环N高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，該材料是由無機纖維氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復(fù)合構(gòu)成，其中無機纖維氈起到基體增強作用，紅外阻隔劑用于抑制輻射傳熱，氣凝膠材料填充在纖維氈空隙，抑制氣體傳導(dǎo)和對流傳熱，并且作為纖維氈的粘結(jié)劑將多層纖維氈粘結(jié)在一起?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)纖維氈組成、厚度、鋪層數(shù)和不同層數(shù)纖維氈紅外阻隔劑粒徑及含量來滿足實際需求，實現(xiàn)多層薄氈復(fù)合隔熱材料的高效防熱功能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料及其制備方法。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，針對不同熱環(huán)境，通過調(diào)節(jié)多層薄氈組成及鋪層順序、選用適當?shù)募t外阻隔劑粒徑及含量等參數(shù)，可以使該材料具有令人意外的性能，從而達到高效防隔熱的目的。
[0007]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn):[0008]1.一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料由多層薄氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復(fù)合構(gòu)成。
[0009]2.如技術(shù)方案I所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈由纖維制備，所述纖維為硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維、氧化鋯纖維中的一種或任兩種的組合。
[0010]3、如技術(shù)方案2所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述的硅酸鋁纖維、高娃氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維的直徑為I-7 μ m,長度為I-6_ ;優(yōu)選的是，所述硅酸鋁纖維和石英纖維直徑為I-3μπι，長度為I-3_ ;所述的莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為I-15 μ m，長度為I-6mm，優(yōu)選的是，所述莫來石纖維、氧化招纖維和氧化錯纖維的直徑為I-10 μ m,長度為I-3_。
[0011]4、如技術(shù)方案1-3任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄租的厚度為1-1Omm,優(yōu)選1mm、2mm、3mm、4mm或5mm ;優(yōu)選的是，所述薄租的密度為0.05g/cm3-0.25g/cm3,優(yōu)選為 0.1Og/cm3-0.15g/cm3。
[0012]5、如技術(shù)方案1-4任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述紅外阻隔劑選自由SiC、Cr203、Co02、Ti02、Fe203、鈦酸鉀晶須或其中任意組分組合組成的組；優(yōu)選的是，所述紅外阻隔劑顆粒的粒徑為IOOnm-100 μ m;另外優(yōu)選的是，紅外阻隔劑與所述薄氈的重量比為3% -60%。
[0013]6、如技術(shù)方案1-5任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度> 1600°C的環(huán)境中使用的高溫區(qū)薄氈，并且選用氧化鋯纖維和/或氧化鋁纖維，優(yōu)選選用氧化鋯纖維。
[0014]7、如技術(shù)方案6所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用SiC、Cr2O3> CoO2, TiO2, Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占薄氈重量的30%-60%，優(yōu)選占40%-60% ；
[0015]8、如技術(shù)方案1-5任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度小于1600°C且大于或等于1000°C的環(huán)境中使用的中溫區(qū)薄氈，并且選用硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維或其任意組合。
[0016]9、如技術(shù)方案8所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用SiC、Cr2O3> CoO2, TiO2, Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的20% -50%，優(yōu)選占20% -40%。
[0017]10.如技術(shù)方案1-5任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度小于1000°c且大于或者等于700°C的環(huán)境中使用的低溫區(qū)薄氈，并且選用高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用高硅氧纖維和/或硅酸鋁纖維。
[0018]11、如技術(shù)方案10所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用SiC、Cr2O3> CoO2, TiO2, Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的15% -50%，優(yōu)選占15% -35%。
[0019]12.如技術(shù)方案1-5任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度小于700°C的環(huán)境中使用的更低溫區(qū)薄氈，并且選用玻璃纖維、玄武巖纖維、高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用硅酸鋁纖維和/或玄武巖纖維。
[0020]13、如技術(shù)方案12所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈選用SiC、Cr2O3> CoO2, TiO2, Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的3% -30%，優(yōu)選占8% -15%。
[0021]16、如技術(shù)方案I至5中任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度低于400°C區(qū)域的環(huán)境中使用的極低溫區(qū)薄氈，并且所述薄氈中不添加任何紅外阻隔劑。
[0022]17、如技術(shù)方案I至16中任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述氣凝膠材料選自由SiO2氣凝膠、Al2O3氣凝膠、ZrO2氣凝膠、SiO2Al2O3復(fù)合氣凝膠、SiO2/ZrO2復(fù)合氣凝膠、ZrO2Al2O3復(fù)合氣凝膠、炭氣凝膠和陶瓷氣凝膠組成的組。
[0023]18、一種制備高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料的方法，該方法包括如下步驟:
[0024](I)以無機纖維和紅外阻隔劑為原料制備纖維漿料；
[0025](2)將所述纖維漿料制成濕坯后脫模；
[0026](3)將脫模的所述濕坯干燥以得到薄氈；
[0027](4)將薄氈鋪層至所需厚度，并置于氣凝膠成型設(shè)備中；
[0028](5)將溶膠前 驅(qū)體浸潰經(jīng)過鋪層的所述薄氈，通過超臨界干燥方法使所述溶膠前驅(qū)體形成氣凝膠，得到所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料。
[0029]19、如技術(shù)方案18所述的方法，其中，所述纖維漿料還包含分散劑和/粘結(jié)劑。
[0030]20、如技術(shù)方案18或19所述的方法，其中，在纖維漿料注入成型模具之后，還進行排出分散劑的步驟。
[0031]21、根據(jù)技術(shù)方案18至20任一項所述的方法，其中，濕坯的干燥通過將濕坯放在托盤上于烘箱中干燥過夜來實現(xiàn)。
[0032]22、由技術(shù)方案18至21任一項所述的方法制得的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料。
[0033]23、如技術(shù)方案22所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述高性能多層薄氈隔熱材料的密度為0.15-0.70g/cm3，室溫熱導(dǎo)率為0.014-0.04ff/m.K，800°C熱導(dǎo)率為 0.030-0.052ff/m.K, 1000°C熱導(dǎo)率為 0.040-0.070ff/m.K。
[0034]與其它已公開的纖維氈增強氣凝膠復(fù)合材料相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點:
[0035](I)本發(fā)明制備的復(fù)合隔熱材料是由多層薄氈復(fù)合紅外阻隔劑和氣凝膠材料而成，能夠根據(jù)溫區(qū)不同對纖維種類、紅外阻隔劑種類及含量進行調(diào)整，以獲得最佳隔熱性能的復(fù)合隔熱材料；
[0036](2)本發(fā)明的復(fù)合隔熱材料是由多層薄氈鋪層而成，便于按照不同溫度的主要熱傳遞方式進行鋪層防熱，提聞了材料的隔熱效率；
[0037](3)可根據(jù)使用場合和部位按照薄氈鋪層方式制得各種型面和尺寸的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料。
[0038]本發(fā)明所制備的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料在航天飛行器、窯爐保溫、極端環(huán)境的高效防隔熱等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
【具體實施方式】[0039]在本發(fā)明的第一方面，提供了一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，由多層薄氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料構(gòu)成。所述的多層薄氈起到氣凝膠增強作用，且具有一定的粘結(jié)和隔熱能力。所述多層薄氈是將制備得到的薄氈在模具中鋪層得到，模具可以是平板，也可以是異型結(jié)構(gòu)。
[0040]在一些實施方式中，所述薄氈通過由纖維制備，例如通過濕法由纖維制備。所述纖維例如可以為硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維、氧化鋯纖維中的一種或任兩種的組合。
[0041]在一些實施方式中，所述硅酸鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維的直徑為I~7 μ m,長度為I~6mm,例如直徑可以為I μ m、2 μ m、3 μ m、4 μ m、5 μ m、
6μ m或7 μ m,長度可以為1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或6mm ;優(yōu)選的是,所述娃酸招纖維和石英纖維直徑為I~3 μ m,長度為I~3mm。
[0042]在一些實施方式中，所述莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為I~15μηι,長度為 I ~6mm,例如直徑可以為 I μ m、2 μ m、3 μ m、4 μ m、5 μ m、6 μ m、7 μ m、8 μ m、9ym、10ym、llym、12ym、13ym、14ym 或 15 μ m,長度可以為 1mm、2mm、3mm、4mm、5mm 或6mm;優(yōu)選的是，所述莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為I~10 μ m，長度為I ~3mm。
[0043]在一些實施方式中，所述薄氈的厚度為1-lOmm，例如可以是1-1Omm中的整數(shù)厚度，如可以為 1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或 10mnin 更優(yōu)選為 1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。另外優(yōu)選的是,所述薄租的密度為0.05g/cm3-0.25g/cm3,例如可以為0.05g/cm3、0.lg/cm3、0.15g/cm3、0.20g/cm3 或 0.25g/cm3。更優(yōu)選的是,所述密度 0.10g/cm3-0.15g/cm3。
[0044]在一些實施方式中，其中所述紅外阻隔劑主要包括SiC、Cr2O3> CoO2, TiO2, Fe203、鈦酸鉀晶須或其中任意組分組合。在一些優(yōu)選的實施方式中，所述紅外阻隔劑顆粒的粒徑為 IOOnm ~100 μ m,例如粒徑可以為 100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、6000nm、700nm、800nm、900nm、I μ m、5 μ m、10 μ m、50 μ m或100 μ m。在一些優(yōu)選的實施方式中，所述紅外阻隔劑與薄氈的重量比為3% -60%，例如為3%、10%、20%、30%、40%、50%或60%。
[0045]所述多層薄氈可以根據(jù)使用溫度不同進行組合鋪層，達到隔熱性能最優(yōu)化。
[0046]在一些實施方式中，所述薄氈為溫度≥1600°C的高溫區(qū)薄氈，并且選用氧化鋯纖維和/或氧化鋁纖維，更優(yōu)選選用氧化鋯纖維。
[0047]在一些實施方式中，所述薄氈選用SiC、Cr203、Co02、Ti02、Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占薄氈重量的30% -60%，例如為30%、40%、50%或 60%，更優(yōu)選占 40% -60%。
[0048]在一些實施方式中，所述薄氈為溫度小于1600°C且大于或等于1000°C的中溫區(qū)薄氈，并且選用硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維或其任意組合。
[0049]在一些實施方式中，所述薄氈選用SiC、Cr203、Co02、Ti02、Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的20% -50%，例如為20%、30%、40%或 50%或 60%，更優(yōu)選占 20% -40%。
[0050]在一些實施方式中，所述薄氈為溫度小于1000°C且大于或者等于700°C的低溫區(qū)薄氈，并且選用高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用高硅氧纖維和/或硅酸鋁纖維。
[0051]在一些實施方式中，所述薄氈選用SiC、Cr203、Co02、Ti02、Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的15% -50%，例如為15%、20%、30%、40% 或 50%，更優(yōu)選占 15% -35%。[0052]在一些實施方式中，所述薄氈為溫度小于700°C的更低溫區(qū)薄氈，并且選用玻璃纖維、玄武巖纖維、高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用硅酸鋁纖維和/或玄武巖纖維。
[0053]在一些實施方式中，所述薄氈選用SiC、Cr2O3> CoO2, TiO2, Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的3% -30%，例如為3%、5%、10%、20%或 30%，優(yōu)選占 8% -15%。
[0054]在一些實施方式中，所述薄氈為溫度低于400°C區(qū)域的極低溫區(qū)薄氈，并且所述薄氈中不添加任何紅外阻隔劑。
[0055]在制備所述多層薄氈復(fù)合隔熱材料，可以往鋪層好的多層薄氈中注入氣凝膠溶膠前驅(qū)體，經(jīng)溶膠-凝膠，老化、溶劑置換后超臨界干燥得到最終的復(fù)合隔熱材料。
[0056]在一些實施方式中,所述氣凝膠材料選自由SiO2氣凝膠、Al2O3氣凝膠、ZrO2氣凝膠、SiO2Al2O3復(fù)合氣凝膠、Si02/Zr02復(fù)合氣凝膠、Zr02/Al203復(fù)合氣凝膠、炭氣凝膠和陶瓷氣凝膠組成的組。
[0057]所述氣凝膠材料不僅有抑制氣體傳導(dǎo)和對流傳熱的作用，同時還能起到粘結(jié)劑的
作用，將多層薄氈粘結(jié)在一起。
[0058]在本發(fā)明的第二方面，提供了一種制備高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料的方法，該方法包括如下步驟:
[0059](I)以無機纖維和紅外阻隔劑為原料制備纖維漿料；
[0060](2)將所述纖維漿料制成濕坯后脫模；
[0061](3)將脫模的所述濕坯干燥以得到薄氈；
[0062](4)將所述薄氈鋪層至目標厚度，并置于氣凝膠成型設(shè)備中；
[0063](5)將溶膠前驅(qū)體浸潰經(jīng)過鋪層的所述薄氈，通過超臨界干燥方法使所述溶膠前驅(qū)體形成氣凝膠，得到所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料。
[0064]在一些實施方式中，所述纖維漿料還包含分散劑和/粘結(jié)劑。
[0065]在一些實施方式中，在纖維漿料注入成型模具之后，還進行排出分散劑的步驟。
[0066]在一些實施方式中，濕坯的干燥通過將濕坯放在托盤上于烘箱中干燥過夜來實現(xiàn)。
[0067]例如，上述方法可以通過如下方式進行:
[0068](I)按比例稱取無機纖維、分散劑、紅外阻隔劑、粘結(jié)劑于塑料容器中，用高速分散機分散，制備纖維漿料；
[0069](2)將分散好的纖維漿料注入成型模具中，排出分散劑，脫模，將纖維濕坯置于托盤上，放于烘箱中干燥過夜；
[0070](3)根據(jù)應(yīng)用溫度環(huán)境的不同，將烘干的不同纖維種類、紅外阻隔劑種類及含量的薄氈鋪層至所需厚度，置于氣凝膠成型工裝中；
[0071](4)按比例稱取溶膠前驅(qū)體、溶劑和催化劑，配制溶膠，攪拌均勻后澆注浸潰多層纖維薄氈，合模凝膠、老化，脫模出的濕凝膠進行溶劑置換，最后超臨界干燥得到多層薄氈復(fù)合隔熱材料。
[0072]在本發(fā)明的第三方面，提供了上述方法制得的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料。優(yōu)選的是，所述高性能多層薄氈隔熱材料的密度為0.15~0.70g/cm3，例如為0.15g/cm3、0.20g/cm3、0.25g/cm3、0.30g/cm3、0.35g/cm3、0.40g/cm3、0.45g/cm3、0.50g/cm3、0.55g/cm3、0.60g/cm3、0.65g/cm3或0.7Og/cm3 ;在一些優(yōu)選的實施方式中，所述高性能多層薄租復(fù)合隔熱材料的室溫熱導(dǎo)率為0.014~0.04ff/m.Κ，例如為0.014ff/m.Κ、0.020ff/m.Κ、0.025W/m.Κ、0.030W/m.Κ、0.035W/m.Κ或0.040W/m.Κ。在一些優(yōu)選的實施方式中，所高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料在800°C熱導(dǎo)率為0.030-0.052W/m.Κ，例如0.030W/m.Κ、0.035W/m.Κ、0.040ff/m.K、0.045ff/m.K或0.050ff/m.K ;在一些優(yōu)選的實施方式中，所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料在1000°c熱導(dǎo)率為0.040-0.070ff/m.Κ，例如可以為0.040ff/m.Κ、0.045W/m.K,0.050ff/m.K,0.060ff/m.Κ、0.065ff/m.K 或 0.070ff/m.K。
[0073]實施例
[0074]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。這些實施例只是就本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行舉例說明，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)解釋為僅限于這些實施例。
[0075]實施例1:1600°C用多層薄氈復(fù)合隔熱材料的制備
[0076](I)制備厚度為3_的氧化鋁纖維薄氈、硅酸鋁纖維薄氈、高硅氧纖維薄氈和玄武巖棉纖維薄租各3塊，幅面尺寸200mmX 200mm ；
[0077](2)取三塊氧化鋁纖維薄氈，硅酸鋁纖維薄氈、高硅氧纖維薄氈和玄武巖棉纖維薄氈各兩塊，按照上述取樣順序在氣凝膠成型模中鋪層；
[0078](3)按照仲丁醇鋁:乙醇:硝酸:水=6.6: 20: 0.039: 1(摩爾比)的比例配制氧化鋁溶膠，攪拌均勻待用；
[0079](4)將步驟(3)中配好的氧化鋁溶膠注入到步驟(2)鋪好薄氈的模具中，合模至25mm,凝膠,老化；
[0080](5)取出步驟⑷中的濕凝膠，用乙醇進行溶劑置換，最后超臨界干燥得到1600°C用多層薄氈復(fù)合隔熱材料。
[0081]按照該法制得的1600°C用多層薄氈復(fù)合隔熱材料尺寸為200mmX200mmX25mm，密度約為0.32g/cm3,不同紅外福射劑配方材料性能見下表:
[0082]表I 1600°C用多層薄氈復(fù)合隔熱材料的組成、導(dǎo)熱系數(shù)和背溫
【權(quán)利要求】
1.一種高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料由多層薄氈、紅外阻隔劑和氣凝膠材料復(fù)合構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈由纖維制備，所述纖維為硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維、氧化鋯纖維中的一種或任兩種的組合；優(yōu)選的是，所述的硅酸鋁纖維、高硅氧纖維、玄武巖棉纖維、玻璃纖維、石英纖維的直徑為I-7μ m,長度為I-6_ ;優(yōu)選的是，所述娃酸鋁纖維和石英纖維直徑為I-3 μ m，長度為I-3_ ;所述的莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為I-15 μ m，長度為I-6mm，優(yōu)選的是，所述莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維的直徑為I-10 μ m，長度為I-3mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈的厚度為1-1Omm,優(yōu)選 1mm、2mm、3mm、4mm或 5mm ;優(yōu)選的是，所述薄租的密度為 0.05g/cm3-0.25g/cm3,優(yōu)選為 0.1Og/cm3-0.15g/cm3。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述紅外阻隔劑選自由SiC、Cr203、 Co02、Ti02、Fe203、鈦酸鉀晶須或其中任意組分組合組成的組；優(yōu)選的是，所述紅外阻隔劑顆粒的粒徑為IOOnm-100 μ m;另外優(yōu)選的是，紅外阻隔劑與所述薄氈的重量比為3% -60%。
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度> 1600°C的環(huán)境中使用的高溫區(qū)薄氈，并且選用氧化鋯纖維和/或氧化鋁纖維，優(yōu)選選用氧化錯纖維；更優(yōu)選的是，所述薄租選用SiC、Cr2O3> CoO2> Ti02、Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占薄氈重量的30% -60%，優(yōu)選占40% -60%。
6.如權(quán)利要求1至4任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度小于1600°C且大于或等于1000°C的環(huán)境中使用的中溫區(qū)薄氈，并且選用硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維或其任意組合；更優(yōu)選的是，所述薄氈選用SiC、Cr203> CoO2, TiO2,Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的 20% -50%，優(yōu)選占 20% -40%。
7.如權(quán)利要求1至4任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度小于1000°c且大于或者等于700°C的環(huán)境中使用的低溫區(qū)薄氈，并且選用高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用高娃氧纖維和/或娃酸招纖維；更優(yōu)選的是，所述薄租選用SiC、Cr2O3> CoO2> TiO2> Fe203、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，并且所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的15% -50%，優(yōu)選占 15% -35%。
8.如權(quán)利要求1至4任一項所述的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料，其中，所述薄氈為在溫度小于700°C的環(huán)境中使用的更低溫區(qū)薄氈，并且選用玻璃纖維、玄武巖纖維、高硅氧纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維或其任意組合，優(yōu)選選用娃酸招纖維和/或玄武巖纖維；更優(yōu)選的是，所述薄租選用SiC、Cr2O3> CoO2> Ti02、Fe2O3、鈦酸鉀晶須或者其組合作為紅外阻隔劑，所述紅外阻隔劑的含量占所述薄氈重量的3% -30%，優(yōu)選占 8% -15%。
9.一種制備高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料的方法，該方法包括如下步驟: (1)以無機纖維和紅外阻隔劑為原料制備纖維漿料； (2)將所述纖維漿料制成濕坯后脫模； (3)將脫模的所述濕坯干燥以得到薄氈； (4)將薄氈鋪層至所需厚度，并置于氣凝膠成型設(shè)備中； (5)將溶膠前驅(qū)體浸潰經(jīng)過鋪層的所述薄氈，通過超臨界干燥方法使所述溶膠前驅(qū)體形成氣凝膠，得到所述高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料。
10.由權(quán)利要求8所述的方法制得的高性能多層薄氈復(fù)合隔熱材料；優(yōu)選的是，所述高性能多層薄氈隔熱材料的密度為0.15-0.70g/cm3,室溫熱導(dǎo)率為0.014-0.04ff/m.K，800°C熱導(dǎo)率為 0.0 30-0.052ff/m.K, 1000°C熱導(dǎo)率為 0.040-0.070ff/m.K。
【文檔編號】C04B28/00GK103449777SQ201310364024
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】張凡, 宋寒, 劉斌, 蘇力軍, 詹萬初 申請人:航天特種材料及工藝技術(shù)研究所