本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于SiO2氣凝膠材料的隔熱氈墊及其制備方法。

背景技術(shù)：
氣凝膠是由納米級(jí)膠體粒子或聚物分子構(gòu)成的多孔性非晶固體材料，是目前宏觀密度最低的人工合成材料，具有獨(dú)特的三維開孔的多孔結(jié)構(gòu)（1~100nm）和極高的孔隙率（80~99.8%）與表面積（200~2000m2/g），是一種具有宏觀三維整體結(jié)構(gòu)的納米材料。這些獨(dú)特的性質(zhì)，賦予氣凝膠類材料極強(qiáng)的吸附性能、催化能力、極低的熱導(dǎo)率和極低的折射率等特性，從而使得氣凝膠在諸多的工業(yè)領(lǐng)域尤其是高性能熱防護(hù)領(lǐng)域具有特殊的用途。氣凝膠通常是采用溶膠-凝膠工藝和超臨界或常壓干燥技術(shù)制備的，所得的產(chǎn)品為塊體、粉體或顆粒狀。但由于氣凝膠是一種多孔性的材料，具有易脆的特性，因而限制了其規(guī)模化應(yīng)用。為拓展氣凝膠的應(yīng)用范圍，專利US20100107381采用柔性纖維作為增強(qiáng)體、并在模具中進(jìn)行鋪設(shè)，然后將膠體溶液澆入模具中形成氣凝膠/纖維復(fù)合材料，可有效增加氣凝膠的強(qiáng)度，降低使用中的脆裂特性，實(shí)現(xiàn)了氣凝膠的實(shí)用化。文獻(xiàn)JournalofNon-Crystallinesolids354（2008）4115~4119中也報(bào)道了采用Al（OH）3溶膠作為表面處理，采用模具成型和常壓干燥的方式獲得了絕熱氣凝膠氈墊，研究結(jié)果表明，該方法獲得的氈墊具有一定的柔韌性和強(qiáng)度。但這些方法獲得的氣凝膠氈墊的周期較長(zhǎng)，需要使用到復(fù)雜的溶劑處理，且其產(chǎn)量較低，最終產(chǎn)品易掉粉，在實(shí)際的使用中，容易成為潛在的粉塵污染源，不利于氣凝膠材料的大規(guī)模使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于SiO2氣凝膠材料的隔熱氈墊，解決傳統(tǒng)氣凝膠氈墊柔韌性低、易掉粉、生產(chǎn)周期長(zhǎng)的問題。本發(fā)明的另一目的是提供上述復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱氈墊的制備方法，該方法在保持SiO2氣凝膠性質(zhì)不變的前提下，通過熱壓成型過程實(shí)現(xiàn)氣凝膠氈墊或板材的成型，縮短制備時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：提供一種復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱氈墊，由以下重量份的組分組成：SiO2氣凝膠體材料60~80份纖維材料10~25份水或粘合樹脂材料10~15份催化劑1×10-4~4份結(jié)構(gòu)控制劑1×10-2~2份所述纖維材料為玻璃纖維、陶瓷纖維、聚合物纖維、碳纖維、植物纖維、尼龍66纖維或木質(zhì)素纖維中的一種或多種；所述粘合樹脂材料為脲醛、聚氨酯、環(huán)氧丙烯酸酯、聚酰亞胺、三聚氰胺-甲醛或PS中的一種或多種，呈膠液或乳液形態(tài)；所述催化劑為有機(jī)胺或無機(jī)銨鹽；所述結(jié)構(gòu)控制劑為有機(jī)錫、聚乙二醇、聚醚多元醇、雜多酸、冠醚或季銨鹽。所述復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱氈墊，由以下重量份的組分組成：SiO2氣凝膠體材料70~80份纖維材料10~20份水或粘合樹脂材料10~15份催化劑0.01~4份結(jié)構(gòu)控制劑0.1~2份。所述催化劑為三聚氰胺、乙二胺、三乙醇胺、高氯酸銨或硝酸銨中的一種或多種。所述纖維材料為陶瓷纖維、碳纖維或尼龍66纖維。所述粘合樹脂材料為脲醛、聚氨酯或聚酰亞胺。所述SiO2氣凝膠體材料為粉狀或顆粒狀的材料。上述復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱氈墊的制備方法，包括以下步驟：（1）按照比例將SiO2氣凝膠體材料、纖維材料、水或粘合樹脂材料、催化劑和結(jié)構(gòu)控制劑混合均勻；（2）將步驟（1）制得的混合材料傾入底層覆有無紡布或纖維布的模具中，并將混合材料抹平，再在混合材料上覆無紡布或纖維布；（3）對(duì)模具進(jìn)行加熱至50~210℃，并加壓至3~14MPa，并在該壓力和溫度下保持20~120min；（4）待模具中的材料固化或液體蒸發(fā)完全后，停止加壓，冷卻至室溫后脫模即可制得復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱氈墊。步驟（2）中，所述纖維布為采用玻璃纖維、陶瓷纖維、聚合物纖維、碳纖維、植物纖維或木質(zhì)素纖維制得的纖維布。步驟（3）中，加熱至50℃，加壓至8MPa，并在該溫度和壓力下保持30min。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：1）本發(fā)明通過在氈墊中加入特定比例的纖維材料、粘合樹脂、催化劑及結(jié)構(gòu)控制劑，使制得的復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱氈墊具有高柔韌性和強(qiáng)度、熱導(dǎo)率低、不掉粉，性能得到大大提高。2）本發(fā)明通過在氈墊中導(dǎo)入纖維材料并引入特定比例的樹脂材料，實(shí)現(xiàn)氣凝膠氈墊的柔性化，為其功能化及更廣泛的應(yīng)用提供了可能；其中，纖維材料主要起到柔性支撐體的作用，用于隔熱的氣凝膠分體分散在纖維空隙中，起到阻隔空氣流動(dòng)的作用，從而增強(qiáng)其保溫隔熱效果；粘合樹脂起到將氣凝膠粉體和纖維材料連接在一起的作用，增強(qiáng)不同組分間的相互作用力，提高氈墊的強(qiáng)度，同時(shí)粘合樹脂還能有效防止氣凝膠粉體的脫落；催化劑能增加樹脂固化的速度，部分催化劑，如三聚氰胺還能進(jìn)入樹脂網(wǎng)絡(luò)骨架中，進(jìn)一步增強(qiáng)氈墊的強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)控制劑主要起到調(diào)控催化劑和樹脂材料間結(jié)合方式的作用，并起到造孔作用，進(jìn)一步降低樹脂的熱導(dǎo)率。3）本發(fā)明的氈墊的制備工藝通過粉末或顆粒熱壓成型的方式獲得氣凝膠板材或氈墊，該方法能大大縮短氣凝膠氈墊的制造周期，降低其生產(chǎn)成本，更重要的是可制備通過傳統(tǒng)方法無法獲得的復(fù)合材料體系，且該材料具有高柔韌性和強(qiáng)度，不掉粉，可真正的實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，有效提升了基于SiO2氣凝膠材料氈墊的商業(yè)價(jià)值。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，但它們不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限制。實(shí)施例1將SiO2氣凝膠粉體、陶瓷纖維、脲醛、高氯酸銨和聚醚多元醇按照70:20:10：1×10-4：0.6的比例在室溫下攪拌成均勻漿料；然后將漿料倒入鋪有無紡布的模具中，并將其抹平，控制其厚度為5mm，然后再在漿料上平鋪無紡布，展平至無皺紋。將模具送入自制成型設(shè)備中進(jìn)行熱壓處理，處理的溫度為150℃，壓力為3MPa，時(shí)間為90min，待冷卻后，再在凝膠氈墊上縫上六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)，即可獲得SiO2氣凝膠氈墊，其面密度為1.15kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為23.1mW/mK。實(shí)施例2將SiO2氣凝膠粉體、碳纖維、聚氨酯、三乙醇胺和聚醚多元醇按照70:20:10：1×10-3：0.1的比例在室溫下攪拌成均勻漿料；然后將該漿料倒入鋪有無紡布的模具中，并將其抹平，控制其厚度為10mm，然后再在漿料上平鋪無紡布，展平至無皺紋；再將上述模具送入自制成型設(shè)備中進(jìn)行加熱加壓處理，處理的溫度為60℃，壓力為6MPa，時(shí)間為20min，待冷卻后，再在凝膠氈墊上縫上六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)，即可獲得SiO2氣凝膠氈墊，其面密度為1.08kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為21.6mW/mK。實(shí)施例3將SiO2氣凝膠粉體、碳纖維、聚氨酯、三聚氰胺和聚醚多元醇按照80:10:10：3×10-2：0.2的比例在室溫下攪拌成均勻漿料；然后將漿料倒入鋪有采用玻璃纖維制得的纖維布的模具中，并將其抹平，控制其厚度為8mm，然后再在漿料上平鋪無紡布，展平至無皺紋；再將上述模具送入自制成型設(shè)備中進(jìn)行加熱加壓處理，處理的溫度為50℃，壓力為8MPa，時(shí)間為30min，待冷卻后，再在凝膠氈墊上縫上六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)，即可獲得SiO2氣凝膠氈墊，其面密度為1.01kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為19.7mW/mK。實(shí)施例4將SiO2氣凝膠粉體、尼龍66纖維、脲醛、三聚氰胺和雜多酸按照60:25:15：4：0.4的比例在室溫下攪拌成均勻漿料；然后將漿料倒入鋪有采用木質(zhì)素纖維制得的纖維布的模具中，并將其抹平，控制其厚度為8mm，然后再在漿料上平鋪纖維布，展平至無皺紋；再將該模具送入自制成型設(shè)備中進(jìn)行加熱加壓處理，處理的溫度為55℃，壓力為8MPa，時(shí)間為120min，待冷卻后，再在凝膠氈墊上縫上六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)，即可獲得SiO2氣凝膠氈墊，其面密度為1.18kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為25.6mW/mK。實(shí)施例5將SiO2氣凝膠顆粒、陶瓷纖維、聚酰亞胺分散乳液、乙二胺和雜多酸按75:10:15：3：2的比例在室溫下攪拌成均勻漿料；然后將漿料倒入鋪有無紡布的模具中，并將其抹平，控制其厚度為10mm，然后再在漿料上平鋪纖維布，展平至無皺紋；再將該模具送入自制成型設(shè)備中進(jìn)行加熱加壓處理，處理的溫度為210℃，壓力為14MPa，時(shí)間為120min，待冷卻后，再在凝膠氈墊上縫上六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)，即可獲得SiO2氣凝膠氈墊，其面密度為1.21kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為23.6mW/mK。實(shí)施例6將SiO2氣凝膠顆粒、碳纖維和陶瓷纖維（二者比例為2:3）、20wt%PS乳液和水溶性脲醛樹脂（二者固含量重量比為1:1）、乙二胺和雜多酸按75：4：6：8：8：2：2的比例在室溫下攪拌成均勻漿料；然后將漿料倒入鋪有無紡布的模具中，并將其抹平，控制其厚度為15mm，然后再在漿料上平鋪纖維布，展平至無皺紋；再將該模具送入自制成型設(shè)備中進(jìn)行加熱加壓處理，處理的溫度為160℃，壓力為8MPa，時(shí)間為120min，待冷卻后，再在凝膠氈墊上縫上六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)，即可獲得SiO2氣凝膠氈墊，其面密度為1.09kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為21.6mW/mK。實(shí)施例7將SiO2氣凝膠粉體、陶瓷纖維、水、三聚氰胺和雜多酸按照70:17:10：2：1的比例在室溫下攪拌成均勻漿料；然后將該漿料倒入鋪有無紡布的模具中，并將其抹平，控制其厚度為12mm，然后再在漿料上平鋪無紡布，展平至無皺紋；再將上述模具送入自制成型設(shè)備中進(jìn)行加熱加壓處理，處理的溫度為145℃，壓力為8MPa，時(shí)間為40min，待冷卻后，再在凝膠氈墊上縫上六角形的蜂窩結(jié)構(gòu)，即可獲得SiO2氣凝膠氈墊，其面密度為1.13kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為23.7mW/mK。雖然結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但并非是對(duì)本專利保護(hù)范圍的限定。在權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或調(diào)整仍受本專利的保護(hù)。