專利名稱：復(fù)合介孔材料的制作方法
復(fù)合介孔材料
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料技術(shù)，尤其是一種具有優(yōu)異絕熱效果的復(fù)合介孔材料。背景技術(shù)：
隔熱保溫材料可以廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)窯爐、暖通設(shè)備、建筑、運輸車輛和艦船 等領(lǐng)域。常見的隔熱保溫材料有泡沫玻璃、硅酸鈣、膨脹珍珠棉、玻璃纖維制品、聚氨酯和可 發(fā)性聚苯乙烯板等。這些材料的隔熱保溫原理都基本相同，即在材料中引入比較微小的孔 穴；其導(dǎo)熱系數(shù)通常比較高，均大于0.019W/(m. K)，對于很多使用場合來說這樣的隔熱保 溫效果仍然不是非常理想，使需要隔熱的設(shè)備、管路等在使用過程中損失大量的熱源，浪費 資源，增加成本。本世紀(jì)初，美國MONSANTO公司使用硅氣凝膠用于絕熱澆注料；后來使用人 造纖維或石棉等與硅氣凝膠復(fù)合，此類纖維復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)可低至0. 013ff/(m. K)。真 空隔熱VIP板的隔熱性能比較好，其導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到3. Omff/ (m ·Κ)，但是真空隔熱VIP板 在制作過程中需要形成較低真空度的真空絕熱空間，形成該真空絕熱空間成本比較昂貴， 在使用過程中要保持該真空絕熱空間的真空度也較為困難且代價很高。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有優(yōu)異絕熱效果的復(fù)合介孔材料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合介孔材料，這種復(fù)合介孔材料由 介孔材料與粘合劑按重量比20 80-90 10復(fù)合而成；或者由介孔材料與纖維按 重量比10 90-90 10復(fù)合而成；或者由介孔材料與粘合劑、纖維三者按重量比 1 (0.1-3) (0.1-9)復(fù)合而成；或者由隔氣性膜材或隔氣性板材構(gòu)成真空空間，真空空 間內(nèi)容置介孔材料；本發(fā)明復(fù)合介孔材料所用介孔材料的孔隙率為40% -90%。本發(fā)明復(fù)合介孔材料所用粘合劑可以是高分子粘合劑和無機(jī)粘合劑中的一種或 兩種的混合。本發(fā)明復(fù)合介孔材料所用纖維可以是天然纖維、無機(jī)纖維或高分子纖維中的 一種或一種以上的混合。對于介孔材料和纖維復(fù)合的情況，可以將介孔粉末經(jīng)研磨后與溶 劑(如乙醇)配成漿液，將纖維或纖維制品(如布、氈、帶、棉等)按照尺寸裁剪好之后直接 鋪設(shè)在容器中，浸泡后抄取已浸有介孔材料的纖維或纖維制品，烘干；可經(jīng)過多次浸泡_抄 取-烘干過程；也可以按上述過程將制備介孔材料的前軀體與纖維或纖維制品復(fù)合在一 起，然后采用前軀體到介孔材料的工藝過程對該復(fù)合體進(jìn)行處理，得到由介孔材料和纖維 構(gòu)成的復(fù)合介孔材料。本發(fā)明復(fù)合介孔材料具有優(yōu)異的絕熱效果，導(dǎo)熱系數(shù)低于0. 009W/ (m · K)。絕熱效果跟絕熱材料中的氣孔有很大關(guān)系。存在于氣孔中的空氣主要成分為氧氣 和氮氣。本發(fā)明復(fù)合介孔材料中，孔徑尺寸均在50納米以下，小于氮氣和氧氣分子運動的 自由程，而且介孔材料孔徑均勻，孔徑分布窄，孔排布有序，因此介孔材料中的空氣分子不 能對流，介孔的孔內(nèi)狀態(tài)與真空非常接近，因而本發(fā)明復(fù)合介孔材料在隔熱保溫時的對流 傳熱大幅度降低。當(dāng)介孔材料與纖維復(fù)合，以及介孔材料與粘合劑、纖維復(fù)合的情況下，介孔材料本身具有優(yōu)異的絕熱性能，而纖維也是隔熱材料；纖維可以對復(fù)合材料起到補(bǔ)強(qiáng)作 用，纖維的補(bǔ)強(qiáng)作用可降低絕熱材料在隔熱保溫過程中因遭受熱應(yīng)力沖擊產(chǎn)生較大孔隙或 裂縫從而造成絕熱性能降低的可能性；另外，復(fù)合材料中的纖維在熱傳導(dǎo)的路徑中相當(dāng)于 在熱傳導(dǎo)方向上增加了很多個熱反射的反射面，這些反射面具有將熱量向多個不同方向反 射的作用，多個不同方向的熱反射使得材料良好的絕熱性，因此，介孔材料與纖維復(fù)合，以 及介孔材料與粘合劑、纖維復(fù)合纖維與介孔材料復(fù)合之后，所得到的介孔/纖維復(fù)合材料 具有更優(yōu)的絕熱性能。粘合劑可以為高分子或無機(jī)類粘合劑。復(fù)合介孔材料所用介孔材料為雜化的介孔材料。采用雜化的介孔材料可以改善耐 高溫、耐腐蝕等性能，增強(qiáng)對使用環(huán)境的適用性。復(fù)合介孔材料所用介孔材料為經(jīng)改性處理的介孔材料。改性處理通過材料表面基 團(tuán)的替換可以起到降低導(dǎo)熱系數(shù)的作用。經(jīng)改性處理的雜化材料為經(jīng)表面改性處理的憎水介孔材料、親水介孔材料或介孔 材料金屬螯合物。復(fù)合介孔材料中摻雜有吸氣劑和遮光劑中的一種或兩種。吸氣劑使得介孔中的空 氣(熱傳導(dǎo)介質(zhì))減少，絕熱效果得到進(jìn)一步改善；可以阻斷紅外輻射傳熱。
復(fù)合介孔材料由隔氣性膜材或隔氣性板材構(gòu)成真空空間，真空空間內(nèi)容置介孔材 料；該復(fù)合介孔材料中真空空間的真空度低于30Pa即可，常規(guī)真空絕熱板(VIP)所要求的 真空度為10Pa，相對而言實現(xiàn)該復(fù)合介孔材料要求的真空度較為容易，成本也較低，而且可 不使用吸氣劑。本發(fā)明復(fù)合介孔材料可應(yīng)用于絕熱保溫材料，具有優(yōu)異的絕熱保溫性能。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明復(fù)合介孔材料具有優(yōu)異的絕熱保溫性能，導(dǎo)熱系數(shù) 低于0. 009W/(m ·Κ)；相對于現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)?shù)慕^熱材料，本發(fā)明復(fù)合介孔材料結(jié) 構(gòu)簡單，制造容易，成本減低。
具體實施方式實施例1使用孔徑為5納米、孔隙率為55% -75%的介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂(粘合劑) 相混合，介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂重量比為20 80，然后攪拌均勻，可以根據(jù)需要放于不 同形狀模具中，用液壓機(jī)以5噸壓力壓成板材，然后固化。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 009W/ (m. K)。實施例2該實施例與實施例1的區(qū)別在于介孔材料為雜化的介孔氧化鋁硅，介孔氧化鋁 硅的孔徑為10納米、孔隙率為50%-80%，介孔氧化鋁硅與環(huán)氧樹脂的重量比為45 55。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 0085W/ (m. K)。實施例3該實施例與實施例1的區(qū)別在于介孔材料為改性處理的憎水介孔二氧化硅，憎 水介孔二氧化硅的孔徑為3納米、孔隙率為50% _80%，憎水介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂的重量比為90 10。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0075W/ (m. K)。實施例4使用孔徑為8納米、孔隙率為50% -80%的介孔二氧化鐵與環(huán)氧樹脂混合均勻，然 后再與長度5厘米以下的玻璃纖維復(fù)合，介孔二氧化鐵與環(huán)氧樹脂、玻璃纖維的重量比為 1:3: 9，攪拌均勻，可以根據(jù)需要放于不同形狀模具中，用液壓機(jī)以5噸壓力壓成板材、 氈材或其它型材。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 008W/ (m. K)。實施例5該實施例與實施例4的區(qū)別在于介孔二氧化鐵孔徑為20納米、孔隙率為 50%-80%，介孔二氧化鐵與環(huán)氧樹脂、玻璃纖維的重量比為1 0.2 2。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 007W/ (m. K)。實施例6該實施例與實施例4的區(qū)別在于介孔材料為介孔二氧化硅，介孔二氧化硅的 孔徑為30納米、孔隙率為50% -80%，介孔二氧化硅與環(huán)氧樹脂、玻璃纖維的重量比為 1:1:7。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 0085W/ (m. K)。實施例7該實施例與實施例4的區(qū)別在于介孔二氧化鐵孔徑為20納米、孔隙率為 50%-80%，介孔二氧化鐵與環(huán)氧樹脂、玻璃纖維的重量比為1 0.1 0.1。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 007W/ (m. K)。實施例8使用孔徑為15納米、孔隙率為50% -90%的介孔二氧化鋁與環(huán)氧樹脂混合，然 后再與玻璃纖維氈復(fù)合，然后烘干。介孔二氧化鋁與環(huán)氧樹脂、玻璃纖維氈的重量比為 1 1. 2 4。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 008W/ (m. K)。實施例9使用孔徑為7納米、孔隙率為40% -90%，的介孔二氧化硅加入水中，攪拌后通過 超聲分散于水中，配成重量比為1 15的混合液，將此混合液置于容器中，將玻璃纖維氈浸 入，浸泡半小時，抄取充滿混合液的玻璃纖維氈，烘干得到纖維介孔復(fù)合二氧化硅材料。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 008W/ (m. K)。實施例10
用隔氣性薄膜將孔徑為30納米、孔隙率為65%的介孔二氧化鈦密封起來，將隔氣性薄膜內(nèi)部空間抽真空后形成高真空的空間，真空度低于30Pa。這樣，就形成了這樣的復(fù)合 介孔材料隔氣性膜材構(gòu)成真空空間，真空空間中充滿介孔材料。隔氣性薄膜由鋁箔和聚合 物薄膜復(fù)合材料組成。這種復(fù)合介孔材料不需要吸氣劑，也不必要象真空絕熱板(VIP)那 樣要求極低的真空度(低于IOPa)。采用穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱測定法測定導(dǎo)熱系數(shù)，該復(fù)合介孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 002W/ (m · K)。具體實施時，介孔材料也可以采用孔徑小于或等于50納米的孔徑不同的介孔材 料混合體。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種復(fù)合介孔材料，其特征在于所述復(fù)合介孔材料由介孔材料與粘合劑按重量比20∶80-90∶10復(fù)合而成；或者由介孔材料與纖維按重量比10∶90-90∶10復(fù)合而成；或者由介孔材料與粘合劑、纖維三者按重量比1∶0.1-3∶0.1-9復(fù)合而成；或者由隔氣性膜材或隔氣性板材構(gòu)成真空空間，所述真空空間內(nèi)容置介孔材料；所述復(fù)合介孔材料所用介孔材料的孔隙率為40％-90％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合介孔材料，其特征在于所述復(fù)合介孔材料所用介孔材 料為雜化的介孔材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合介孔材料，其特征在于所述復(fù)合介孔材料所用介 孔材料為經(jīng)改性處理的介孔材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合介孔材料，其特征在于所述經(jīng)改性處理的雜化材料為 經(jīng)表面改性處理的憎水介孔材料、親水介孔材料或介孔材料金屬螯合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合介孔材料，其特征在于所述復(fù)合介孔材料中摻雜 有吸氣劑和遮光劑中的一種或兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合介孔材料，其特征在于所述復(fù)合介孔材料由隔氣 性膜材或隔氣性板材構(gòu)成真空空間，所述真空空間內(nèi)容置介孔材料；所述真空空間的真空 度低于30Pa。
7.權(quán)利要求1-6所述的復(fù)合介孔材料在絕熱保溫材料上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合介孔材料，這種復(fù)合介孔材料由介孔材料與粘合劑按重量比20∶80-90∶10復(fù)合而成；或者由介孔材料與纖維按重量比10∶90-90∶10復(fù)合而成；或者由介孔材料與粘合劑、纖維按重量比1∶0.1-3∶0.1-9復(fù)合而成；或者由隔氣性膜材或隔氣性板材構(gòu)成真空空間，真空空間內(nèi)容置介孔材料；復(fù)合介孔材料所用介孔材料的孔隙率為40％-90％。本發(fā)明復(fù)合介孔材料具有優(yōu)異的絕熱保溫性能，導(dǎo)熱系數(shù)低于0.009W/(m·K)；與現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)?shù)慕^熱材料相比，本發(fā)明復(fù)合介孔材料結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本減低。
文檔編號C04B30/02GK101823897SQ20091010588
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者馬晶 申請人:深圳市優(yōu)納科技有限公司