一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及新型保溫材料技術領域，具體涉及一種氣相二氧化硅/納米炭黑復合 材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著人類社會的發(fā)展和科學技術的進步，能源的消耗成幾何倍數(shù)的增長，發(fā)展新 型節(jié)能材料與設備是目前各國研宄的重點。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，由于其超低導熱系數(shù)而受到了廣泛關注。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熱系數(shù)，長的使用壽命和環(huán)保無害等優(yōu)點而得到了廣泛的研 宄和快速發(fā)展。
[0003] 如專利CN102976710A公開了一種納米微孔保溫材料的制備方法，主要由納米級 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公開了一種納米復合絕熱材料及其制備方法，由納米氧 化硅、有機纖維、輻射阻隔劑和粘結(jié)劑組成，當將其制備成真空絕熱板時，最低導熱系數(shù)可 達到0. 004-0. 005w/mk，該制備方法使用了多種納米級材料，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/氣相二氧化硅復合材料，并調(diào)整其中膨 脹珍珠巖含量來考察復合材料導熱性能的變化，利用該種節(jié)省成本方法制備的產(chǎn)品，導熱 系數(shù)最低可達到〇. 〇〇76w/mk，該方法可以一定程度降低成本，但是導熱系數(shù)較高，不適合實 際應用。

【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/納米炭黑復合材料并輔以添加增強 纖維與遮光劑的方法改善現(xiàn)有技術的不足，即要提供一種成本較低、工序簡單適宜規(guī)?；?生產(chǎn)的配方與方法，同時又要滿足低導熱系數(shù)性能，滿足客戶要求。
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn)：
[0008] 一種復合材料，其特征在于，由以下重量的組分制成：氣相二氧化硅50-100g、增 強纖維5-25g、遮光劑l-5g、納米級炭黑l-30g;
[0009] 一種制備上述復合材料的方法，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增強纖維放入密閉式混料機中，充 分攪拌均勻，其中增強纖維為：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、納米二氧化錯等其中一種或者幾種混合物；
[0012] (3)稱量l_30g納米級炭黑作為改性劑加入步驟（2)中的物料中，在混料機中快速 攪拌5-40min，形成分散均勾的復合材料；
[0013] (4)用預先裁剪好的無紡布袋裝入步驟（3)中攪拌好的復合材料，并通過抹平、壓 制成型等形成作為真空絕熱板芯材的氣相二氧化硅/納米炭黑復合材料。
[0014] 所述制備的復合材料具有低的導熱系數(shù)，在內(nèi)部真空度為0. 04-10pa時，產(chǎn)品的 導熱系數(shù)最低可達到0. 0045-0. 0056w/mk。
[0015] 所述的制備復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合材料的高速攪拌速度為 100_500rpm，攬樣時間為 5_40min。
[0017] 所述的通過添加的納米級炭黑的復合材料的比表面積為40-200m2/g。
[0018] 所述的復合材料利用無紡布預裝、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，輔以增強纖維，遮光劑，并通過改變添 加炭黑的含量來調(diào)整產(chǎn)品的導熱性能，由于氣相二氧化硅占復合材料的大部分，添加填料 較少而且價格低廉，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，通過添加少量的增強纖維與遮光劑，通過干法 混料方法攪拌均勻，然后用無紡布裝袋成型，這種方法制作簡單，儀器設備常見，適合規(guī)模 化生產(chǎn)。
[0022] 2)在配料中加入納米級炭黑，并通過調(diào)整炭黑含量，尋找最低的導熱系數(shù)，具有片 層結(jié)構炭黑的加入可以降低輻射傳熱，提高隔熱性能，同時，可以將復合材料的比表面積由 5-50m2/g增加到40-200m2/g，增強產(chǎn)品老化性能，提高使用壽命，在真空絕熱板方面具有很 大的應用前景。
[0023] 3)在物理方法制備復合材料或其它相關科學領域具有很好的潛在的應用價值。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明復合材料添加的納米級炭黑的掃描電鏡照片；
[0025] 圖2為本發(fā)明復合材料添加3 %的納米炭黑的比表面積對比；
[0026] 圖3為本發(fā)明復合材料添加炭黑與未添加炭黑的復合材料數(shù)據(jù)對比。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0028] 實施例1
[0029] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機中，開啟攪拌機，并設定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長度為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 合材料。用預先裁剪好一定規(guī)格的無紡布袋裝入該復合材料，通過攤平、壓制成型，最后通 過烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0030] 實施例2 :
[0031] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機中，開啟攪拌機，并設定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長度為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 均勻的納米復合材料。用預先裁剪好一定規(guī)格的無紡布袋裝入該復合材料，通過攤平、壓制 成型，最后通過烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0032] 實施例3 :
[0033] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機中，開啟攪拌機，并設定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長度為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 均勻的納米復合材料。用預先裁剪好一定規(guī)格的無紡布袋裝入該復合材料，通過攤平、壓制 成型，最后通過烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0034] 實施例4 :
[0035] 稱量80g氣相二氧化硅于密閉式混料機中，開啟攪拌機，并設定攪拌速度為 150rpm，稱量15g直徑為9ym，長度為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 均勻的納米復合材料。用預先裁剪好一定規(guī)格的無紡布袋裝入該復合材料，通過攤平、壓制 成型，最后通過烘干及抽真空工藝形成真空絕熱板。
[0036] 參考圖1-3,本發(fā)明通過添加納米炭黑來調(diào)整產(chǎn)品的導熱性能，納米級炭黑具有片 層結(jié)構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，從而降低材料的導熱 系數(shù)，提高隔熱性能；同時，納米級炭黑具有非常大的比表面積（多500m2/g)，當將其加入 到復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)品對內(nèi)部氣壓的 敏感性，提高老化性能，增長使用壽命。
[0037] 表1為通過添加不同量納米炭黑復合材料的導熱系數(shù)表
[0038] 表 1
【主權項】
1. 一種氣相二氧化娃、納米級炭黑復合材料的制備方法，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增強纖維放入密閉式混料機中，充分攪拌 均勻，其中增強纖維為：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納米級炭黑作為改性劑加入其中，在混料機中高速攪拌5-40min，形成分 散均勻的復合材料； 4) 用預先裁剪好的無紡布袋裝入步驟（3)中攪拌好的復合材料，并通過抹平、壓制成 型形成作為真空絕熱板芯材的氣相二氧化娃/納米炭黑復合材料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，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)權利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，其特 征在于：所述的增強纖維的長度為3-15_，直徑為5-20 μ m。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，其特 征在于：所述的高速攪拌速度為100-500rpm。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復合材料為白色、灰色或者灰白色中的一種。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復合材料的比表面積為40-200m 2/g。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復合材料的導熱系數(shù)為0. 0045-0. 0056w/mk。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，其特 征在于：所述的復合材料可作為芯材應用于真空絕熱板中。
【專利摘要】一種氣相二氧化硅、納米級炭黑復合材料的制備方法，所制備的復合材料可用作真空絕熱板的芯材。該復合材料以氣相二氧化硅作為主要材料，通過添加短纖維、遮光劑等提高產(chǎn)品的抗壓強度及隔熱性能，采用機械高速混合的方法制備分散均勻的復合材料。并進步研究了納米級炭黑作為添加劑對該復合材料的導熱性能及老化效果的影響，通過調(diào)整納米級炭黑的添加量，制備了多組產(chǎn)品，測試表明，當炭黑的添加量為3-15％時具有最佳的隔熱性能，導熱系數(shù)可達到0.0040-0.0048w/mk。本發(fā)明的積極效果是：制備過程簡單，采用干法混合，使用原材料價格便宜易得，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用能耗。
【IPC分類】C04B30-02, C01B33-18
【公開號】CN104556966
【申請?zhí)枴緾N201510058587
【發(fā)明人】夏冬星, 夏玉明
【申請人】滁州銀興電氣有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月4日