本發(fā)明涉及保溫材料，具體涉及一種陶瓷凝膠相變蓄能自保溫結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著建筑節(jié)能需求的日益增長，在能源利用和建筑節(jié)能領(lǐng)域，提高能源效率和開發(fā)新型保溫材料一直是研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)保溫材料如石棉、玻璃纖維等雖具有一定的保溫效果，但在長期使用過程中存在耐久性差、存在易老化、易燃、環(huán)境污染等問題。而陶瓷氣凝膠因優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，被視為極具潛力的保溫材料，然而，陶瓷氣凝膠的脆性和低強(qiáng)度限制了其廣泛應(yīng)用，而相變材料因能在特定溫度下吸收或釋放大量潛熱，被廣泛應(yīng)用于建筑儲(chǔ)能領(lǐng)域。

2、近年來，陶瓷凝膠因其具有優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，成為與相變材料結(jié)合的理想載體。陶瓷凝膠不僅能夠有效封裝相變材料，防止其泄露，還能通過其多孔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)熱傳導(dǎo)性能，實(shí)現(xiàn)相變蓄能的同時(shí)提高保溫效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種陶瓷凝膠相變蓄能自保溫結(jié)構(gòu)及其制備方法，旨在制備出具有較好保溫儲(chǔ)能效果的自保溫結(jié)構(gòu)。

3、技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、一種陶瓷凝膠相變蓄能自保溫結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

6、步驟1、以鐵尾礦、氮化硅和氮化硼為原料制備陶瓷基料，再以陶瓷基料、去離子水、分散劑、凝膠單體、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、催化劑和引發(fā)劑為原料制備陶瓷基生坯，經(jīng)燒結(jié)處理后得到多孔陶瓷；

7、步驟2、將正硅酸乙酯和二氯氧化鋯分別倒入乙醇水溶液中制備成二氧化硅溶膠和二氧化鋯溶膠，再將二氧化硅溶膠和二氧化鋯溶膠混合后制得復(fù)合溶膠；

8、步驟3、向復(fù)合溶膠中加入環(huán)氧丙烷和石蠟制備成浸漬組分，在加熱條件下以200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min后浸入預(yù)熱后的多孔陶瓷，浸漬10min后取出置于常溫下靜置1-2h，所得記作陶瓷凝膠結(jié)構(gòu)；

9、步驟4、在陶瓷凝膠結(jié)構(gòu)的表面涂覆封裝涂層，經(jīng)過干燥處理后所得即為陶瓷凝膠相變蓄能自保溫結(jié)構(gòu)。

10、更進(jìn)一步地，在步驟1中，陶瓷基料的制備方法為：

11、將鐵尾礦置于60℃的烘箱內(nèi)干燥48h，置于破碎機(jī)內(nèi)破碎后再置于60℃的烘箱內(nèi)干燥24h，接著再次置于破碎機(jī)內(nèi)破碎并過200目篩，將破碎過篩后的粉體與氮化硅、氮化硼按照4：2：1的重量比混合，所得即為陶瓷基料。

12、更進(jìn)一步地，在步驟1中，所述分散劑為聚乙烯醇，凝膠單體為丙烯酰胺，交聯(lián)劑為亞甲基雙丙烯酰胺，發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉，穩(wěn)泡劑為十二醇，催化劑為四甲基乙二胺，引發(fā)劑為過硫酸銨。

13、更進(jìn)一步地，在步驟1中，陶瓷基生坯的制備方法為：

14、s4.1、稱取100重量去離子水、45-48重量份陶瓷基料和1-2重量份分散劑倒入球磨機(jī)中球磨15h，球磨完成后加入85-90重量份凝膠單體和9-10重量份交聯(lián)劑并繼續(xù)球磨2h，所得記作球磨組分；

15、s4.2、向球磨組分中加入4-5重量份發(fā)泡劑和1-2重量份穩(wěn)泡劑，以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后加入3-4重量份催化劑和6-7重量份引發(fā)劑，以原轉(zhuǎn)速攪拌30s后倒入模具內(nèi)，成型脫模后置于45℃的烘箱內(nèi)干燥8-10h，所得即為陶瓷基生坯。

16、更進(jìn)一步地，在步驟1中，燒結(jié)處理的具體操作方法為：

17、將陶瓷基生坯置于馬弗爐中，先按照1.5℃/min的升溫速率升溫至400-500℃保溫30min，接著按照2℃/min的升溫速率升溫至800-950℃保溫2h，最后按照1.5℃/min的升溫速率升溫至1100℃保溫4h，隨爐降溫后所得即為多孔陶瓷。

18、更進(jìn)一步地，在步驟2中，復(fù)合溶膠的制備方法為：

19、s6.1、稱取計(jì)算量的正硅酸乙酯倒入體積分?jǐn)?shù)為80％的乙醇水溶液中，在轉(zhuǎn)速為200r/min的攪拌條件下滴加硝酸調(diào)節(jié)ph值至4，所得記作二氧化硅溶膠，二氧化硅溶膠中正硅酸乙酯和乙醇的摩爾比為1：40；

20、s6.2、稱取計(jì)算量的二氯氧化鋯倒入體積分?jǐn)?shù)為80％的乙醇水溶液中，在轉(zhuǎn)速為200r/min的攪拌條件下滴加硝酸調(diào)節(jié)ph值至5，所得記作二氧化鋯溶膠，二氧化鋯溶膠中二氯氧化鋯和乙醇的摩爾比為1：40；

21、s6.3、將二氧化鋯溶膠倒入二氧化硅溶膠中，以200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min，所得即為復(fù)合溶膠，復(fù)合溶膠中正硅酸乙酯和二氯氧化鋯的摩爾比為1：1。

22、更進(jìn)一步地，在步驟3中，復(fù)合溶膠、環(huán)氧丙烷和石蠟的重量比為2：1：3，加熱條件的加熱溫度為95℃，預(yù)熱后的多孔陶瓷的溫度為85-90℃，浸漬過程中浸漬組分的溫度為90-95℃。

23、更進(jìn)一步地，在步驟4中，涂覆封裝涂層的具體操作為：

24、s8.1、按重量份計(jì)稱取8-12份碳纖維、5-8份鋼纖維、3-4重量份硅烷偶聯(lián)劑kh-570和100重量份去離子進(jìn)行混合，在48℃的溫度下以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min，冷凍干燥后所得記作增強(qiáng)纖維組分；

25、s8.2、按重量份計(jì)稱取5-8份增強(qiáng)纖維組分和45-50份聚氯乙烯進(jìn)行熔融共混，接著將熔融共混后的組分涂覆在陶瓷凝膠結(jié)構(gòu)的表面。

26、更進(jìn)一步地，在步驟4中，干燥處理的具體操作為置于常溫下靜置2-3h。

27、一種陶瓷凝膠相變蓄能自保溫結(jié)構(gòu)，通過一種陶瓷凝膠相變蓄能自保溫結(jié)構(gòu)的制備方法制得。

28、有益效果

29、本發(fā)明提供了一種陶瓷凝膠相變蓄能自保溫結(jié)構(gòu)及其制備方法，與現(xiàn)有公知技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

30、1、本發(fā)明以鐵尾礦、氮化硅和氮化硼為原料制備的多孔陶瓷，能夠使制備的多孔陶瓷具有高孔隙率、低密度和高比表面積的性能，多孔結(jié)構(gòu)有利于相變材料的填充和分布，提高儲(chǔ)能效率，而且在較高孔隙率的情況下有助于提高相變材料的傳熱效率；鐵尾礦作為工業(yè)廢棄物，對其再利用能夠減輕對原生資源的開采壓力，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，有助于減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞，而氮化硅和氮化硼作為高性能陶瓷材料，具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以其為原料制備的多孔陶瓷在承載相變材料時(shí)，能夠保持較高的熱物理性能，確保相變過程的穩(wěn)定性和可靠性；其次，以本發(fā)明制備的多孔材料作為相變材料的載體，能夠提供良好的物理和化學(xué)環(huán)境，確保相變材料在循環(huán)使用過程中保持穩(wěn)定的性能，有助于提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體效率和可靠性；本發(fā)明通過鐵尾礦、氮化硅和氮化硼三者之間協(xié)同配合作用制備多孔陶瓷，能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，提升多孔陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性和耐磨性等綜合性能，在燒結(jié)過程中，鐵尾礦中的二氧化硅等氧化物能夠與氮化硅和氮化硼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物相，這些化合物相的形成有助于降低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)效率，并促進(jìn)多孔結(jié)構(gòu)的形成，而且還能夠增強(qiáng)陶瓷材料的耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性；本發(fā)明在通過鐵尾礦降低成本的基礎(chǔ)上，還能夠結(jié)合氮化硅和氮化硼的高熱導(dǎo)率和高熱穩(wěn)定性性能來提高儲(chǔ)能效率，相較于單一的組分而言，本發(fā)明以鐵尾礦、氮化硅和氮化硼三者配合制備的多孔陶瓷具有更好的應(yīng)用前景。

31、2、本發(fā)明將二氧化硅溶膠和二氧化鋯溶膠混合后加入石蠟制備成相變材料，具有增強(qiáng)導(dǎo)熱性能和提升儲(chǔ)能的作用，二氧化硅和二氧化鋯均具有良好的導(dǎo)熱性能，將其與石蠟混合能夠顯著提升石蠟作為相變材料的熱傳導(dǎo)效率，使熱量能夠更快地在儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)中傳遞和分布，將具有高孔隙率的多孔結(jié)構(gòu)作為載體對相變材料進(jìn)行承載，能夠有助于熱量的均勻分布，從而進(jìn)一步增強(qiáng)儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性能；其次，本發(fā)明將碳纖維和鋼纖維分散在聚氯乙烯對其強(qiáng)度進(jìn)行提升，再將其涂覆在陶瓷凝膠結(jié)構(gòu)的表面對多孔陶瓷內(nèi)的相變材料進(jìn)行封裝，從而在一定程度上防止相變材料發(fā)生泄漏或性能退化的情況。