彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料及其制備方法、應(yīng)用技術(shù)

本申請(qǐng)公開了彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料及其制備方法、應(yīng)用，涉及隔熱材料領(lǐng)域。制備方法包括：制備可紡性的原材料混合溶液：將聚合物溶于溶劑中，攪拌至溶液均勻形成聚合物溶液；再按照催化劑、聚合物溶液和化合物的加料順序或化合物、聚合物溶液和催化劑的加料順序加入攪拌器中，攪拌后靜置，得到可紡性的原材料混合溶液；制備前驅(qū)體：將可紡性的混合溶液使用離心紡絲裝置紡制成固態(tài)的微納米纖維，將微納米纖維進(jìn)行堆積，得到彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠前驅(qū)體；燒結(jié)前驅(qū)體：將彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠前驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，得到彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料。本發(fā)明專利技術(shù)制備流程簡單，生產(chǎn)成本低，可應(yīng)用于電池隔膜或超級(jí)電容器。或超級(jí)電容器。或超級(jí)電容器。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料及其制備方法、應(yīng)用


[0001]本申請(qǐng)涉及一種隔熱材料，特別是涉及一種彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料及其制備方法、應(yīng)用。

技術(shù)介紹

[0002]陶瓷氣凝膠具有低密度、高孔隙率、高比表面積、低導(dǎo)熱率、化學(xué)和熱穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，是一種理想的隔熱、防火、隔音、隔膜材料，在能源、環(huán)保、建筑、船舶、消防等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0003]現(xiàn)有的陶瓷氣凝膠主要采用有機(jī)硅或有機(jī)鹽等有機(jī)物作為原材料，在超臨界干燥或常壓干燥條件下制備，其技術(shù)條件苛刻、制造成本高。得到的陶瓷氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)是零維顆粒狀或者是二維片狀，其機(jī)械性能差、易碎，施工操作難度極大，難以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。為了增加陶瓷氣凝膠的機(jī)械性能，實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，現(xiàn)有技術(shù)都是將制備得到的氣凝膠打碎，制成粉末，然后與傳統(tǒng)隔熱材料中用到的短纖維進(jìn)行混合，短纖維包括：玻璃纖維、巖棉纖維、芳綸纖維等，再利用粘結(jié)劑將其粘結(jié)，最終制成氣凝膠復(fù)合材料。
[0004]現(xiàn)有的氣凝膠復(fù)合材料存在以下缺點(diǎn)：1、由于粘結(jié)劑溶液進(jìn)入部分氣凝膠的空隙中，降低氣凝膠的孔隙率，導(dǎo)致氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)增加和吸液率下降，影響隔熱效果和吸液能力；2、掉粉、掉渣嚴(yán)重，對(duì)施工人員的呼吸道有危害和容易造成環(huán)境污染；3、由于加入了粘結(jié)劑，高溫極限一般不能超過650℃，大大限制了氣凝膠的應(yīng)用范圍；4、由于含有粘結(jié)劑等有機(jī)物，抗老化性能差，氣凝膠復(fù)合材料的使用壽命一般不超過5年；5、不具備壓縮性、回彈性、彎折性等良好的機(jī)械性能。6、采用有機(jī)物作為原材料制備陶瓷氣凝膠，由于有機(jī)物的市場價(jià)格較高，且市場行情不穩(wěn)定，導(dǎo)致陶瓷氣凝膠的生產(chǎn)受限，生產(chǎn)成本高。7、僅采用有機(jī)物作為原材料制備陶瓷氣凝膠，使得原材料的選擇具有一定局限性，不利于原材料多元化的選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]本申請(qǐng)的目的在于克服上述問題或者至少部分地解決或緩減解決上述問題。
[0006]根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種制備流程簡單，生產(chǎn)成本低，在常溫常壓條件下干燥形成的微納米纖維氣凝膠，再經(jīng)過燒結(jié)處理，得到彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料。
[0007]根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，提供了一種彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料的制備方法，包括以下步驟：
[0008](1)制備可紡性的原材料混合溶液：
[0009]先根據(jù)數(shù)學(xué)建模得出的經(jīng)驗(yàn)公式，針對(duì)原材料的物化屬性，導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，設(shè)計(jì)出可紡性的原材料混合溶液的質(zhì)量比例，按照模型中的結(jié)果，將聚合物溶于溶劑中，以第一攪拌速度攪拌第一攪拌時(shí)間至溶液均勻形成聚合物溶液；再按照催化劑、聚合物溶液和化合物的加料順序或化合物、聚合物溶液和催化劑的加料順序加入攪拌
器中，以第二攪拌速度攪拌第二攪拌時(shí)間后靜置，得到可紡性的原材料混合溶液；
[0010]所述化合物選自硅源、無機(jī)鹽和有機(jī)鹽中的至少一種；
[0011](2)制備前驅(qū)體：根據(jù)數(shù)學(xué)模型中控制參數(shù)的設(shè)定，將可紡性的混合溶液使用離心紡絲裝置，通過控制對(duì)應(yīng)的參數(shù)，紡制成固態(tài)的微納米纖維，將微納米纖維進(jìn)行堆積，得到彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠前驅(qū)體；
[0012](3)燒結(jié)前驅(qū)體：將彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠前驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，得到彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料。
[0013]可選地，所述聚合物選自聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚氧化乙烯PEO、聚乙二醇PEG、聚丙烯酰胺PAM和聚乙烯醇PVA中的至少一種；所述聚合物溶液中聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1:99～20:80。
[0014]可選地，所述溶劑選自去離子水、無水乙醇、乙腈、丙酮和二甲基酰胺中的至少一種。
[0015]可選地，所述化合物選自硅酸四乙酯、硅酸乙酯32、硅酸乙酯40、硅酸鈉、醋酸鋇、六水氯化鋁、鈦酸四丁酯、醋酸鋯、檸檬酸鋯、八水氯氧化鋯、四水醋酸鎂和檸檬酸鎂中的至少一種。
[0016]可選地，所述催化劑選自磷酸、鹽酸、檸檬酸、醋酸、尿素和十六烷基三甲基溴化銨中的至少一種。
[0017]可選地，所述聚合物溶液、化合物和催化劑的質(zhì)量比為1:0.25
?
0.8:0.0025
?
0.008。
[0018]可選地，所述第一攪拌速度為500
?
800rpm，所述第一攪拌時(shí)間為2
?
8小時(shí)；所述第二攪拌速度為700
?
1000rpm，所述第二攪拌時(shí)間為1
?
5小時(shí)，所述靜置時(shí)間為0
?
3小時(shí)。
[0019]可選地，所述離心紡絲裝置中采用的電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000
?
5000轉(zhuǎn)/分鐘，噴絲頭孔徑為0.08
?
0.3mm，噴絲頭旋轉(zhuǎn)半徑為3
?
15cm，收集距離為20
?
50cm，環(huán)境溫度為0
?
35℃，環(huán)境相對(duì)濕度為20
?
65％RH，優(yōu)選的環(huán)境相對(duì)濕度為35
?
45％RH。
[0020]可選地，所述燒結(jié)的過程為：從室溫以2
?
5℃/min的升溫速率升至500
?
1700℃，在500
?
1700℃環(huán)境中保持燒結(jié)1
?
2小時(shí)，然后以5
?
10℃的降溫速率，從500
?
1700℃降至室溫。
[0021]本專利技術(shù)提供的一種彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料是按照上述的制備方法制備得到。
[0022]本專利技術(shù)還提供一種上述的彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料作為電池隔膜和超級(jí)電容器的應(yīng)用。
[0023]本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024]1、本專利技術(shù)采用常溫常壓干燥技術(shù)替代現(xiàn)有的超臨界干燥和常壓干燥技術(shù)，降低氣凝膠的制造成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。
[0025]2、本專利技術(shù)屬于純無機(jī)的氣凝膠。去掉現(xiàn)有氣凝膠復(fù)合材料中用到的粘結(jié)劑、芳綸短纖維等有機(jī)物，制備純無機(jī)的氣凝膠，使氣凝膠隔熱材料的耐熱溫度超過650℃，滿足更高溫度環(huán)境的應(yīng)用需求，同時(shí)提高氣凝膠的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。本專利技術(shù)去掉了粘結(jié)劑，避免粘結(jié)劑填充氣凝膠的空隙導(dǎo)致氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)上升，達(dá)到更加節(jié)能保溫的效果。本專利技術(shù)去掉了玻纖、芳綸、巖棉等纖維，達(dá)到提高氣凝膠隔熱材料孔隙率、吸液率、浸潤性的目的。
[0026]3、本專利技術(shù)是一種微納米纖維化的氣凝膠。具有以下效果：a.制備微觀結(jié)構(gòu)是一維微納米纖維結(jié)構(gòu)的氣凝膠，替代現(xiàn)有微觀結(jié)構(gòu)是零維顆粒或二維片狀的氣凝膠，大幅度提升氣凝膠的壓縮性能、回彈性能、折疊角度、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械性能，同時(shí)可以解決氣凝膠掉粉、掉渣甚至機(jī)械結(jié)構(gòu)坍塌的問題，大大提高氣凝膠的使用壽命，增加氣凝膠材料的使用周期，提升氣凝膠材料的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、節(jié)能性。b.在隔熱應(yīng)用領(lǐng)域，去掉現(xiàn)有氣凝膠復(fù)合材料中用到的傳統(tǒng)短纖維隔熱材料(如巖棉纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等)，制備純氣凝膠隔熱材料制品，最大化的提升隔熱材料的孔隙率和比表面積，最大化的發(fā)揮氣凝膠優(yōu)異的隔熱本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料的制備方法，包括以下步驟：(1)制備可紡性的原材料混合溶液：將聚合物溶于溶劑中，以第一攪拌速度攪拌第一攪拌時(shí)間至溶液均勻形成聚合物溶液；再按照催化劑、聚合物溶液和化合物的加料順序或化合物、聚合物溶液和催化劑的加料順序加入攪拌器中，以第二攪拌速度攪拌第二攪拌時(shí)間后靜置，得到可紡性的原材料混合溶液；所述化合物選自硅源、無機(jī)鹽和有機(jī)鹽中的至少一種；(2)制備前驅(qū)體：將可紡性的混合溶液使用離心紡絲裝置紡制成固態(tài)的微納米纖維，將微納米纖維進(jìn)行堆積，得到彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠前驅(qū)體；(3)燒結(jié)前驅(qū)體：將彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠前驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，得到彈性陶瓷微納米纖維氣凝膠隔熱材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)將聚合物溶于溶劑中，之前還包括：先根據(jù)數(shù)學(xué)建模得出的經(jīng)驗(yàn)公式，針對(duì)原材料的物化屬性，導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，設(shè)計(jì)出可紡性的原材料混合溶液的質(zhì)量比例，按照模型中的結(jié)果進(jìn)行后續(xù)的步驟；步驟(2)中，根據(jù)數(shù)學(xué)模型中控制參數(shù)的設(shè)定，將可紡性的混合溶液使用離心紡絲裝置，通過控制對(duì)應(yīng)的參數(shù)，紡制成固態(tài)的微納米纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚合物選自聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚氧化乙烯PEO、聚乙二醇PEG、聚丙烯酰胺PAM和聚乙烯醇PVA中的至少一種；所述聚合物溶液中聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1:99～20:80；和/或，所述溶劑選自去離子水、無水乙醇、乙腈、丙酮和二甲基酰胺中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述化合物選自硅酸四乙酯、硅酸乙酯32、硅酸乙酯40、硅酸鈉、醋酸鋇、六水氯化鋁、鈦酸四丁酯、醋酸鋯、檸檬酸鋯、八水氯氧化鋯、四水醋酸鎂和檸檬酸鎂中的至少一種；和/或，所述催化劑選自磷酸、鹽酸、檸檬酸、醋酸、尿素和十六烷基三甲基溴化銨中的至少一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李臻，劉行勇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：佛山市中柔材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：