氣凝膠隔熱材料及其制備方法與冰箱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隔熱材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣凝膠隔熱材料及其制備方法與冰 箱。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)家用冰箱為了達(dá)到保溫效果，大多采用硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡技術(shù)在冰箱的門(mén)體 和箱體中發(fā)泡得到聚氨酯泡沫塑料，該聚氨酯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)約為〇. 03~0. 037w/ (m · k)，主要通過(guò)增加門(mén)體和箱體壁厚來(lái)減少冰箱與外面空氣的導(dǎo)熱。
[0003] 然而，傳統(tǒng)聚氨酯泡沫塑料大多采用物理發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡，如氟氯烴 (Chlorof luorocarbons, CFCs)化合物和環(huán)戊燒等發(fā)泡劑。由于CFCs物質(zhì)會(huì)破壞臭氧層，環(huán) 戊烷大量揮發(fā)后易發(fā)生爆炸和發(fā)泡技術(shù)復(fù)雜等缺陷，因此該聚氨酯材料作為冰箱隔熱材料 具有不環(huán)保，發(fā)泡技術(shù)較為復(fù)雜和成本較高的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種氣凝膠隔熱材料，旨在解決現(xiàn)有的聚氨酯材料作 為冰箱隔熱材料不環(huán)保，發(fā)泡技術(shù)復(fù)雜和成本較高的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種氣凝膠隔熱材料，所述氣凝膠隔熱材料包括按 重量百分比計(jì)的組分如下：
[0006] 二氧化硅氣凝膠 95%~99. 9%;
[0007] 碳纖維 0.1 %~5%。
[0008] 優(yōu)選地，所述氣凝膠隔熱材料包括按重量百分比計(jì)的組分如下：
[0009] 二氧化硅氣凝膠 99%~99. 8%;
[0010] 碳纖維 0.2%~1%。
[0011] 此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種氣凝膠隔熱材料的制備方法，所述氣凝 膠隔熱材料的制備方法包括步驟如下：
[0012] 步驟一、制備二氧化硅溶膠；
[0013] 步驟二、在所述二氧化硅溶膠中加入碳纖維，均勻分散所述碳纖維，并制得濕凝 膠；
[0014] 步驟三、對(duì)所述濕凝膠進(jìn)行依次進(jìn)行陳化、老化、溶劑置換、表面改性和浸泡處理， 制得二氧化硅凝膠；
[0015] 步驟四、干燥所述二氧化硅凝膠，除去溶劑，制得所述氣凝膠隔熱材料；
[0016] 所述步驟一至步驟三中硅元素質(zhì)量與所述碳纖維的比重按照設(shè)定比重加入，以使 得所述氣凝膠隔熱材料中的二氧化硅氣凝膠和碳纖維按照上述的比重。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟一具體包括步驟如下：
[0018] 將摩爾比為I :7 :1 :10-5的正硅酸乙酯/無(wú)水乙醇/水/鹽酸混合、攪拌、靜置形 成溶液；
[0019] 在所述溶液中加入二甲基甲酰胺并攪拌，然后加入蒸餾水并攪拌，最后加入氨水 并攪拌，靜置得到所述二氧化硅溶膠。
[0020] 優(yōu)選地，所述攪拌的時(shí)間均為30min，所述靜置形成溶液的靜置時(shí)間為24h。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟二具體包括步驟如下：
[0022] 在所述二氧化硅溶膠中加入碳纖維，并攪拌分散所述碳纖維；
[0023] 將分散有所述碳纖維的二氧化硅溶膠密封靜置得到所述濕凝膠。
[0024] 優(yōu)選地，所述步驟三具體包括步驟如下：
[0025] 在常溫常壓下陳化所述濕凝膠；
[0026] 在陳化后的濕凝膠中加入體積比為1:4的水/乙醇混合液進(jìn)行第一次老化，并再 次加入體積比為1:4的正硅酸乙酯/無(wú)水乙醇混合液進(jìn)行第二次老化，制得老化液；
[0027] 在所述老化液中加入異丙醇進(jìn)行第一溶劑置換，然后依次加入體積比為1:3的正 己烷/異丙醇混合液、體積比為1:1的正己烷/異丙醇混合液、體積比為3:1的正己烷/異 丙醇混合液及正己烷進(jìn)行第二次溶劑置換、第三次溶劑置換、第四次溶劑置換和第五次溶 劑置換，制得置換液；
[0028] 在所述置換液中加入體積比為1:9的三甲基氯硅烷/正己烷混合液進(jìn)行表面改 性；
[0029] 將表面改性后的置換液倒入正己烷中浸泡，制得所述二氧化硅凝膠。
[0030] 優(yōu)選地，所述陳化的時(shí)間為48h，所述第一次老化的時(shí)間為12h，所述第二次老化 的時(shí)間為24h，所述第一次溶劑置換、第二次溶劑置換、第三次溶劑置換、第四次溶劑置換和 第五次溶劑置換的時(shí)間均為12h，所述浸泡的時(shí)間為24h。
[0031] 優(yōu)選地，在所述步驟四中，所述干燥的溫度為60°C，所述干燥的時(shí)間為18h。
[0032] 此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種冰箱，所述冰箱包括保溫板，所述保溫 板由上述的氣凝膠隔熱材料制成。
[0033] 本發(fā)明氣凝膠隔熱材料無(wú)需使用發(fā)泡劑，其更為環(huán)保和安全，且其成本較聚氨酯 發(fā)泡技術(shù)制備的聚氨酯隔熱材料低；另外，該氣凝膠隔熱材料具有優(yōu)異的隔熱性能，其導(dǎo)熱 系數(shù)為〇. 0206~0. 0226wAm ·!〇,提高了冰箱的保溫性能，從而達(dá)到節(jié)能的效果，其性能明 顯優(yōu)于傳統(tǒng)保溫板的性能，在冰箱上具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0034] 本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0036] 本發(fā)明提供一種氣凝膠隔熱材料，在一較佳實(shí)施例中，該氣凝膠隔熱材料包括按 重量百分比計(jì)的組分如下：
[0037] 二氧化硅氣凝膠 95%~99. 9%;
[0038] 碳纖維 0.1 %~5%。
[0039] 該較佳實(shí)施例的氣凝膠隔熱材料無(wú)需使用發(fā)泡劑，其更為環(huán)保和安全，且其成 本低；另外，該氣凝膠隔熱材料具有優(yōu)異的隔熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)為〇. 0206~0. 0226w/ (m · k)，提高了冰箱的保溫性能，從而達(dá)到節(jié)能的效果。
[0040] 在一優(yōu)選實(shí)施例中，該氣凝膠隔熱材料包括按重量百分比計(jì)的組分如下：
[0041] 二氧化硅氣凝膠 99%~99. 8%;
[0042] 碳纖維 0.2%~1%。
[0043] 該優(yōu)選實(shí)施例的氣凝膠隔熱材料在10%和50%形變下的抗拉強(qiáng)度分別為到 0. 220MPa和I. 260MPa，其抗拉強(qiáng)度優(yōu)異；有效導(dǎo)熱系數(shù)為0. 0226W · πΓ1 · Γ1，其隔熱性能優(yōu) 異。
[0044] 參照如下表一至表三，表一為本發(fā)明氣凝膠隔熱材料不同碳纖維用量的抗拉強(qiáng) 度；表二為本發(fā)明氣凝膠隔熱材料不同碳纖維用量的有效導(dǎo)熱系數(shù)；表三為不同冰箱保溫 板材的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0045] 表一
[0046]
[0047] 表一為氣凝膠隔熱材料在10%和50%形變下的抗拉強(qiáng)度，分析可知，氣凝膠隔熱 材料在加入碳纖維后抗拉強(qiáng)度明顯提高，隨著碳纖維含量的增加，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度逐 漸增大。從表中可以看出，純氣凝膠在10 %和50 %形變下的抗拉強(qiáng)度分別為0.08 IMPa和 0. 710MPa，而添加 lwt%碳纖維后，氣凝膠隔熱材料在10%和50%形變下的抗拉強(qiáng)度增大 到0. 220MPa和I. 260MPa，分別為純氣凝膠的2. 7和1. 8倍，因此碳纖維的加入對(duì)于氣凝膠 增強(qiáng)具有明顯的效果。
[0048] 表二
[0049]
[0050] 表二為氣凝膠隔熱材料在常溫下的有效導(dǎo)熱系數(shù)，純氣凝膠的有效導(dǎo)熱系 數(shù)為0. 0214W · πΓ1 · Γ1，加入0. 2wt %碳纖維后，氣凝膠隔熱材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 0206W · πΓ1 · Γ1;氣凝膠隔熱材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)隨著碳纖維含量的增加而增大，當(dāng)碳纖 維含量增大到lwt%時(shí)，其有效導(dǎo)熱系數(shù)為0. 0226W · πΓ1 · Γ1，高于純氣凝膠的有效導(dǎo)熱系 數(shù)，即其隔熱性能較純氣凝膠差，但仍具有超級(jí)隔熱性能（即低于同溫度下空氣的導(dǎo)熱系 數(shù) 0· 0234W · π