一種低成本炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低成本炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：(1)制備水性漿料：將炭氣凝膠粉末、分散劑和纖維分別加入水溶液中進(jìn)行分散，形成水性漿料；(2)濕坯成型：使所述水性漿料成型，得到復(fù)合材料濕坯；(3)第一干燥成型：將所述濕坯干燥成型以得到初坯；(4)復(fù)合粘接劑：將初坯與粘接劑復(fù)合，得到粘接劑復(fù)合初坯；(5)第二干燥成型：在所述粘接劑復(fù)合初坯中的粘接劑膠凝后，對所得材料進(jìn)行干燥成型，得到炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料。本發(fā)明制備得到的低成本納米炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料成本低、材料均質(zhì)性高、工藝周期短、尺寸可控、隔熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，可以作為高溫隔熱材料使用。
【專利說明】一種低成本炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，特別是涉及一種低成本炭氣凝 膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 航天技術(shù)的發(fā)展對耐高溫?zé)岱雷o(hù)材料提出了更高的需求，高效、輕質(zhì)的耐高溫隔 熱材料是各種熱防護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。某些典型部位的熱環(huán)境嚴(yán)酷，對隔熱材料的要求尤為苛 亥IJ :首先要有良好的高溫（多1600°c )穩(wěn)定性，還要有優(yōu)異的隔熱性能、較低的密度和良好 的工藝性能，以較小的厚度和較輕的重量獲得可靠的隔熱效果。
[0003] 氣凝膠材料是目前最好的隔熱材料，它是由膠體粒子或高聚物分子相互聚積構(gòu)成 的一種具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的納米多孔性固體材料，由于其孔徑（< 50nm)小于空氣分子的平均 自由程（?70nm)，因而在氣凝膠孔內(nèi)沒有空氣對流，具有極低的氣態(tài)熱傳導(dǎo)；同時(shí)氣凝膠 具有極高的孔隙率，固體所占體積比很低，固態(tài)熱傳導(dǎo)也很低，因此氣凝膠是理想的高效輕 質(zhì)隔熱材料，在隔熱領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前已有的氣凝膠材料中技術(shù)最成熟的是 二氧化硅氣凝膠，但是其使用溫度不超過800°C，在更高溫度下由于納米結(jié)構(gòu)被破壞而無法 使用。炭氣凝膠在各種氣凝膠中耐高溫性能最好（多1600°C )，在高馬赫數(shù)飛行器熱防護(hù) 領(lǐng)域具有無可替代的優(yōu)越性。
[0004] 氣凝膠本體強(qiáng)度差，其通常以纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料的形式進(jìn)行應(yīng)用。現(xiàn)階段， 炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料（中國專利：CN200910210996. 8)主要通過纖維浸漬于前驅(qū)體溶液 中，進(jìn)行原位溶膠-凝膠反應(yīng)，再經(jīng)過后處理、溶劑置換、超臨界干燥以及高溫裂解等過程 得到的。整個(gè)制備過程周期長、成本高，且超臨界干燥和高溫裂解過程中由于炭氣凝膠骨架 的部分坍塌會導(dǎo)致材料發(fā)生收縮，而導(dǎo)致材料的尺寸不易控制。而且更為遺憾的是，如此制 得的炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料由于在制備過程中氣凝膠骨架往往受到一定程度的破壞，從而 影響到材料均質(zhì)性，導(dǎo)致材料隔熱性、密度乃至強(qiáng)度受到影響，這嚴(yán)重地影響到其在高端領(lǐng) 域的應(yīng)用例如在航天器制造領(lǐng)域的應(yīng)用，另一方面，由于制造成本高，限制了這類材料在低 端領(lǐng)域例如一般要求不高的民用制造中的應(yīng)用。因此，低成本、短制備周期、高均質(zhì)性的炭 氣凝膠復(fù)合材料的研制具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料制備技術(shù)成本高、周期長、材料 均質(zhì)性差因而隔熱性、耐熱性、低密度性差并且強(qiáng)度低等缺陷，提供一種低成本炭氣凝膠隔 熱復(fù)合材料的制備技術(shù)。
[0006] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 1、一種低成本炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如 下步驟：
[0008] (1)制備水性漿料：將炭氣凝膠粉末、分散劑和纖維分別加入水溶液中進(jìn)行分散， 形成水性漿料；
[0009] (2)濕坯成型：使所述水性漿料成型，得到復(fù)合材料濕坯；優(yōu)選的是，成型時(shí)采用 抽濾和/或壓濾的方式進(jìn)行；
[0010] (3)第一干燥成型：將所述濕坯干燥成型以得到初坯；更優(yōu)選的是，所述第一干燥 成型通過如下方式進(jìn)行：將所述濕坯置于具有目標(biāo)型腔的工裝中，再將所述工裝放入干燥 設(shè)備中進(jìn)行干燥成型以得到初坯
[0011] (4)復(fù)合粘接劑：將初坯與粘接劑復(fù)合，得到粘接劑復(fù)合初坯；更優(yōu)選的是，將所 述初坯放置于具有目標(biāo)尺寸的密閉工裝中進(jìn)行真空打壓復(fù)合粘接劑。
[0012] (5)第二干燥成型：在所述粘接劑復(fù)合初坯中的粘接劑膠凝后，對所得材料進(jìn)行 干燥成型，得到炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料。
[0013] 2、根據(jù)技術(shù)方案1所述的制備方法，其特征在于，在步驟（1)之前還包括制備炭氣 凝膠粉末的步驟；優(yōu)選的是，所述制備炭氣凝膠粉末的步驟包括采用酚醛前驅(qū)體溶液，通過 溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常壓干燥和高溫裂解過程得到的炭氣凝膠粉末；更優(yōu)選 的是，酚醛前驅(qū)體選自如下物質(zhì)或者物質(zhì)的組合：間苯二酚+甲醛；三聚氰胺+甲醛；酚醛 樹脂+甲醛；混甲酚+甲醛；聚異腈酸酯；均苯三酚+甲醛；和/或聚N-羥甲基丙烯酰胺+ 間苯二酚。
[0014] 3、根據(jù)技術(shù)方案1或2所述的制備方法，其特征在于，所述炭氣凝膠粉末的顆粒直 徑為2至50nm ;優(yōu)選的是，所述炭氣凝膠粉末的含量為水溶液質(zhì)量的1至10%。
[0015] 4、根據(jù)技術(shù)方案2或3所述的制備方法，其特征在于，所述分散劑為聚氧化乙烯和 /或聚丙烯酰胺；優(yōu)選的是，所述分散劑的含量為水溶液質(zhì)量的〇. 05至1 %。
[0016] 5、根據(jù)技術(shù)方案2至4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述纖維選自由 碳纖維、碳化硅纖維、石墨纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維組成的組；優(yōu)選的是， 所述纖維的含量為水溶液質(zhì)量的〇. 1至10%。
[0017] 6、根據(jù)技術(shù)方案1至5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述粘接劑選自 由水玻璃、硅溶膠、鋁溶膠組成的組；優(yōu)選的是，所述粘接劑的含量為水溶液質(zhì)量的〇. 05至 0· 5%〇
[0018] 7、根據(jù)技術(shù)方案1至6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述抽濾采用真空 抽濾的方式，抽濾真空度為-〇. 02至-0. IMPa，時(shí)間為1-15分鐘，抽濾后漿料固含量為5至 30質(zhì)量％。
[0019] 8、根據(jù)技術(shù)方案1所述的制備方法，其特征在于，所述壓濾采用壓濾模具，將抽濾 后得到的漿料倒入就目標(biāo)尺寸的模具中；優(yōu)選的是，所述模具有上壓頭和下壓頭，下壓頭有 排水孔，上壓頭承受所施加的壓力，從而將抽濾后的漿料壓縮到目標(biāo)厚度并得到濕坯；更優(yōu) 選的是，上壓頭所承受的壓力為1至15MPa，濕坯厚度為0. 1至50mm。
[0020] 9、根據(jù)技術(shù)方案1至8中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述第一干燥成型 步驟和/或第二干燥成型步驟采用的干燥條件為：60至80°C，干燥時(shí)間為1至3天。
[0021] 10、根據(jù)技術(shù)方案1至9中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合粘接劑 采用密閉工裝進(jìn)行，所述密閉工裝可承受的壓力為0. 5至I. OMPa。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：
[0023] (1)制備周期短，由于無需原位凝膠和超臨界干燥，因而顯著縮短了制備周期。⑵ 低成本，由于無需使用超臨界干燥，因而無需購置昂貴的用于進(jìn)行超臨界干燥的設(shè)備，而且 制備周期短，這些原因?qū)е律a(chǎn)成本的顯著下降，進(jìn)而為炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料的大規(guī)模 生產(chǎn)提供了可能，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。（3)材料性能優(yōu)異。采用前驅(qū)體溶液浸漬增強(qiáng) 纖維然后通過超臨界干燥進(jìn)行原位凝膠除了高成本之外，最大的問題是尺寸和形狀可控性 差；因而利用氣凝膠粉末通過成型來制備具有目標(biāo)尺寸和形狀的復(fù)合氣凝膠材料一直是本 領(lǐng)域想要達(dá)到的目的，然而，由于本領(lǐng)域中應(yīng)用最為成熟的是二氧化硅氣凝膠，二氧化硅 氣凝膠耐熱性較差，而且其粉末在分散性和成型上存在顯著的區(qū)別，其原因至今仍然沒有 弄清楚。利用炭氣凝膠粉末通過成型制備具有目標(biāo)尺寸和形狀時(shí)存在的主要問題是無法將 其均勻地分散在分散相中，并且無法充分地復(fù)合粘接劑以及所復(fù)合的粘接劑在后期的超臨 界干燥過程中會導(dǎo)致氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)的破壞，如此造成所制得的氣凝膠復(fù)合材料的均質(zhì)性 差，進(jìn)而影響到材料的耐熱性、隔熱性、強(qiáng)度，并造成密度不均的問題。本發(fā)明通過選用分散 劑并且分階段成型和干燥，在無需使用超臨界干燥的情況下實(shí)現(xiàn)的灰氣凝膠隔熱復(fù)合材料 制造的低成本、短周期、高性能尤其是高均質(zhì)性以及良好的尺寸可控性，因而使這類材料不 管是在高端領(lǐng)域還是低端領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 如下附圖僅僅是根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的工藝流程圖。提供該工藝 流程圖的目的是為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本申請之后能夠理解和實(shí)施本發(fā)明，而不是 為了對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行限制。
[0025] 圖1為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 如上所述，本發(fā)明涉及一種低成本炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，所述方法 包括如下步驟：
[0027] (1)制備水性漿料：將炭氣凝膠粉末、分散劑和纖維分別加入水溶液中進(jìn)行分散， 形成水性漿料；
[0028] (2)濕坯成型：使所述水性漿料成型，得到復(fù)合材料濕坯；優(yōu)選的是，成型時(shí)采用 抽濾和/或壓濾的方式進(jìn)行；
[0029] (3)第一干燥成型：將所述濕坯干燥成型以得到初坯；更優(yōu)選的是，所述第一干燥 成型通過如下方式進(jìn)行：將所述濕坯置于具有目標(biāo)型腔的工裝中，再將所述工裝放入干燥 設(shè)備中進(jìn)行干燥成型以得到初坯
[0030] (4)復(fù)合粘接劑：將初坯與粘接劑復(fù)合，得到粘接劑復(fù)合初坯；更優(yōu)選的是，將所 述初坯放置于具有目標(biāo)尺寸的密閉工裝中進(jìn)行真空打壓復(fù)合粘接劑。
[0031] (5)第二干燥成型：在所述粘接劑復(fù)合初坯中的粘接劑膠凝后，對所得材料進(jìn)行 干燥成型，得到炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料。
[0032] 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明方法在步驟（1)之前還可以包括制備炭氣凝膠粉末的 步驟（請參見圖1)。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，制備炭氣凝膠粉末的步驟可以包括采用酚 醛前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常壓干燥和高溫裂解過程得到的炭 氣凝膠粉末。更優(yōu)選的是，酚醛前驅(qū)體選自如下物質(zhì)或者物質(zhì)的組合：間苯二酚+甲醛；三 聚氰胺+甲醛；酷醛樹脂+甲醛；混甲酚+甲醛；聚異腈酸酯；均苯三酚+甲醛；和/或聚 N-羥甲基丙烯酰胺+間苯二酚。
[0033] 在一些實(shí)施方式中，所使用的炭氣凝膠粉末的顆粒直徑優(yōu)選為為2nm至50nm，例 如為20、30、40或50nm。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述炭氣凝膠粉末的含量為水溶液質(zhì)量的1至 10%，例如為1、2、3、4、5、6、7、8、9或10%。
[0034] 在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述分散劑為聚氧化乙烯和/或聚丙烯酰胺；進(jìn)一步 優(yōu)選的是，所述分散劑的含量為水溶液質(zhì)量的0. 05至1 %。
[0035] 在一些實(shí)施方式中，所述纖維優(yōu)選選擇為耐溫性高的纖維，這樣使得所用的纖維 不會成為所制得的炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料在高耐溫性方面的短板。優(yōu)選的是，所述纖維選 自由碳纖維、碳化硅纖維、石墨纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維組成的組；進(jìn)一 步優(yōu)選的是，所述纖維的含量為水溶液質(zhì)量的〇. 1至10%，例如為1、2、3、4、5、6、7、8、9或 10%〇
[0036] 在一些實(shí)施方式中，所述粘接劑選自由水玻璃、硅溶膠、鋁溶膠組成的組；優(yōu)選 的是，所述粘接劑的含量為水溶液質(zhì)量的〇. 05至0. 5%，例如為0. 05、0. 1、0. 2、0. 3、0. 4或 0· 5%〇
[0037] 在一些實(shí)施方式中，步驟（2)濕坯成型步驟中，采用抽濾和/或壓濾的方式進(jìn) 行；更優(yōu)選采用抽濾結(jié)合壓濾的方式進(jìn)行。抽濾時(shí)，優(yōu)選采用真空抽濾的方式，抽濾真空度 為-0.02至-0.11\〇^，時(shí)間為1-15分鐘，例如為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15 分鐘。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，抽濾后漿料的固含量為5至30質(zhì)量％，例如為5、10、15、 20、25、30重量％。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，壓濾采用壓濾模具進(jìn)行，其中可以將抽濾后得 到的漿料倒入就目標(biāo)尺寸的模具中。更優(yōu)選的是，所述模具有上壓頭和下壓頭，下壓頭有排 水孔，上壓頭承受所施加的壓力，從而將抽濾后的漿料壓縮到目標(biāo)厚度并得到濕坯；更優(yōu)選 的是，上壓頭所承受的壓力為1至15MPa，濕坯厚度為0. 1至50mm。
[0038] 在一些實(shí)施方式中，所述第一干燥成型步驟和/或第二干燥成型步驟采用的干燥 條件都可以為：60至80°C，例如60、65、70、75或80°C ;干燥時(shí)間為1至3天，例如1、2或3 天。
[0039] 在另外一些實(shí)施方式中，所述復(fù)合粘接劑采用密閉工裝進(jìn)行，所述密閉工裝可承 受的壓力為〇· 5至I. OMPa。
[0040] 在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，本發(fā)明方法可以通過如下步驟進(jìn)行：
[0041] (1)制備納米炭氣凝膠粉末
[0042] 采用酚醛前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常壓干燥和高溫裂 解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其中酚醛前驅(qū)體主要有間苯二酚+甲醛、三聚氰胺+甲 醛、酚醛樹脂+甲醛、混甲酚+甲醛、聚異腈酸酯、均苯三酚+甲醛、聚N-羥甲基丙烯酰胺+ 間苯二酚等體系；炭氣凝膠粉末的顆粒直徑為2至50nm。
[0043] (2)制備水性漿料
[0044] 將納米炭氣凝膠粉末、分散劑、粘結(jié)劑和纖維分別加入水溶液中，進(jìn)行分散，形成 穩(wěn)定的水性漿料；其中炭氣凝膠粉末含量為水溶液的1至10% ;其中所采用的分散劑為水 溶性高分子，主要有聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺，含量為水溶液質(zhì)量的0. 05至1 % ;纖維主 要采用耐溫性較高的碳纖維、碳化硅纖維、石墨纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維、硅酸鋁纖 維，其含量為水溶液的0. 1至10%。
[0045] (3)濕坯成型
[0046] 將步驟（2)得到的水性漿料進(jìn)行抽濾濃縮、壓濾成型，得到復(fù)合材料濕坯；其中抽 濾濃縮過程主要采用真空抽濾的方式，抽濾真空度為-0. 02至-0. IMPa，時(shí)間為1至15min， 濃縮后漿料固含量為5至30% ;壓濾過程主要采用壓濾模具，即將濃縮的漿料倒入一定尺 寸的模具中，模具有上下兩個(gè)壓頭，下壓頭有多個(gè)排水孔，上壓頭進(jìn)行加壓，將濃縮漿料壓 縮到一定厚度時(shí)，即得到濕還。其中壓頭可施加壓力為1至15MPa，濕還厚度為0. 1至50mm。
[0047] (4)第一干燥成型
[0048] 將復(fù)合材料濕坯置于合適的工裝中，再放入干燥設(shè)備中進(jìn)行干燥成型，得到初坯。 干燥條件為60至80°C、1至3天。
[0049] (5)復(fù)合粘接劑
[0050] 將初坯放于尺寸合適且能夠進(jìn)行真空打壓浸漬的密閉工裝中，先抽真空至-0. 08 至-0. IMPa后，再采用0. 2至0. 5MPa的壓力，經(jīng)粘接劑溶液注入到工裝中。其中粘接劑為 無機(jī)粘接劑，主要有水玻璃、硅溶膠、鋁溶膠，含量為〇. 05至0. 5%。
[0051] (6)第二干燥成型
[0052] 在粘接劑發(fā)生凝膠后，將其從工裝中取出，放于干燥設(shè)備中進(jìn)行干燥成型，得到初 還。干燥條件為60至80°C、1至3天。
[0053] 下文將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，提供如下實(shí)施例僅僅是為了本領(lǐng)域技 術(shù)人員能夠更容易地理解本發(fā)明，并且更容易實(shí)施本發(fā)明，但是這些實(shí)施例不應(yīng)被解釋為 是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0054] 另外需要指出的是，在本文中，除非另有說明，否則術(shù)語"選自由......組中的一 種或兩種以上的組合"是指選自所述組的任意一種，或者是所述組中任意兩種以上的任意 組合。
[0055] 除非另有說明，否則本文所用的術(shù)語"兩種以上"中的"以上"包括本數(shù)在內(nèi)，即包 括兩種的情形和多于兩種的情形。
[0056] 除非另有說明，否則本文所述及的數(shù)值范圍包括端值以及兩端值（即上限和下 限）之間的任意值。
[0057] 除非另有說明，否則本文所述及的百分比" ％ "是指質(zhì)量百分比。
[0058] 除非另有說明，否則本專利申請文件中所述及的原材料均可從市場上直接采購。
[0059] 實(shí)施例1
[0060] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制IOL水溶液，炭 氣凝膠粉末為l〇〇g，聚氧化乙烯為5g，硅酸鋁纖維為10g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定 的水性漿料后，進(jìn)行真空抽濾濃縮，抽濾真空度為-〇. 〇8MPa，時(shí)間為5min，濃縮后漿料固含 量為10%。然后進(jìn)行壓濾成型，施加的壓力為lOMPa，濕坯厚度為10mm。在80°C、1天條件 下進(jìn)行干燥成型。再進(jìn)行復(fù)合硅溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠隔熱復(fù) 合材料，然后測量其密度和室溫?zé)釋?dǎo)率，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)5次，表中數(shù)據(jù)為5次重復(fù)的平均值。
[0061] 實(shí)施例2
[0062] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為50nm。配制IOL水溶液，炭 氣凝膠粉末為l〇〇g，聚氧化乙烯為5g，硅酸鋁纖維為10g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定 的水性漿料后，進(jìn)行真空抽濾濃縮，抽濾真空度為-〇. 〇8MPa，時(shí)間為5min，濃縮后漿料固含 量為10%。然后進(jìn)行壓濾成型，施加的壓力為lOMPa，濕還厚度為10mm。最后在80°C、1天 條件下進(jìn)行干燥成型。再進(jìn)行復(fù)合硅溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠隔 熱復(fù)合材料。
[0063] 實(shí)施例3
[0064] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制IOL水溶液，炭 氣凝膠粉末為l〇〇g，聚氧化乙烯為l〇g，氧化鋯纖維為50g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn) 定的水性漿料后，進(jìn)行真空抽濾濃縮，抽濾真空度為-〇. 〇8MPa，時(shí)間為10min，濃縮后漿料 固含量為15%。然后進(jìn)行壓濾成型，施加的壓力為5MPa，濕坯厚度為20mm。最后在80°C、3 天條件下進(jìn)行干燥成型。再進(jìn)行復(fù)合鋁溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠 隔熱復(fù)合材料。
[0065] 實(shí)施例4
[0066] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制10L水溶液，炭 氣凝膠粉末為l〇〇g，聚丙烯酰胺為5g，氧化鋁纖維為100g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定 的水性漿料后，進(jìn)行真空抽濾濃縮，抽濾真空度為-〇. IMPa，時(shí)間為15min，濃縮后漿料固含 量為20%。然后進(jìn)行壓濾成型，施加的壓力為lOMPa，濕還厚度為15mm。最后在80°C、1天 條件下進(jìn)行干燥成型。再進(jìn)行復(fù)合鋁溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠隔 熱復(fù)合材料。
[0067] 實(shí)施例5
[0068] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制10L水溶液，炭 氣凝膠粉末為200g，聚丙烯酰胺為10g，碳纖維為50g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定的水 性漿料后，進(jìn)行真空抽濾濃縮，抽濾真空度為-0. 〇6MPa，時(shí)間為5min，濃縮后漿料固含量為 10%。然后進(jìn)行壓濾成型，施加的壓力為5MPa，濕還厚度為15mm。最后在80°C、2天條件下 進(jìn)行干燥成型。再進(jìn)行復(fù)合硅溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠隔熱復(fù)合 材料。
[0069] 實(shí)施例6
[0070] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制10L水溶液，炭 氣凝膠粉末為500g，聚氧化乙烯為20g，碳纖維為100g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定的 水性漿料后，進(jìn)行真空抽濾濃縮，抽濾真空度為-〇. 〇6MPa，時(shí)間為10min，濃縮后漿料固含 量為20%。然后進(jìn)行壓濾成型，施加的壓力為5MPa，濕還厚度為10mm。最后在80°C、3天條 件下進(jìn)行干燥成型。再進(jìn)行復(fù)合硅溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠隔熱 復(fù)合材料。
[0071] 對比例1
[0072] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、超臨界 干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制炭氣凝膠粉末為 500g，聚氧化乙烯為20g，碳纖維為100g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定的水性漿料后，進(jìn) 行真空抽濾濃縮，抽濾真空度為-0. 〇6MPa，時(shí)間為lOmin，濃縮后漿料固含量為20%。然后 進(jìn)行壓濾成型，施加的壓力為5MPa，濕還厚度為10mm。最后在80°C、3天條件下進(jìn)行干燥成 型。再進(jìn)行復(fù)合硅溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料。
[0073] 對比例2
[0074] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制IOL水溶液，炭 氣凝膠粉末為500g，碳纖維為100g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定的水性漿料后，進(jìn)行真 空抽濾濃縮，抽濾真空度為-〇. 〇6MPa，時(shí)間為10min，濃縮后漿料固含量為20%。然后進(jìn)行 壓濾成型，施加的壓力為5MPa，濕還厚度為10mm。最后在80°C、3天條件下進(jìn)行干燥成型。 再進(jìn)行復(fù)合硅溶膠溶液，溶膠凝膠后，再進(jìn)行干燥，得到炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料。
[0075] 對比例3
[0076] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制10L水溶液，炭 氣凝膠粉末為500g，聚氧化乙烯為20g，碳纖維為100g。將以上材料混合均勻，得到水性漿 料后，放入模具中壓制成型。最后在80°C、3天條件下進(jìn)行干燥成型。
[0077] 對比例4
[0078] 采用間苯二酚+甲醛體系的前驅(qū)體溶液，通過溶膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常 壓干燥和高溫裂解過程得到的納米炭氣凝膠粉末，其顆粒直徑為30nm。配制10L水溶液，炭 氣凝膠粉末為500g，碳纖維為100g。將以上材料混合均勻，得到穩(wěn)定的水性漿料后，放入模 具中壓制成型。最后在80°C、3天條件下進(jìn)行干燥成型。
[0079]

【權(quán)利要求】
1. 一種低成本炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： (1) 制備水性漿料：將炭氣凝膠粉末、分散劑和纖維分別加入水溶液中進(jìn)行分散，形成 水性漿料； (2) 濕坯成型：使所述水性漿料成型，得到復(fù)合材料濕坯；優(yōu)選的是，成型時(shí)采用抽濾 和/或壓濾的方式進(jìn)行； (3) 第一干燥成型：將所述濕坯干燥成型以得到初坯；更優(yōu)選的是，所述第一干燥成型 通過如下方式進(jìn)行：將所述濕坯置于具有目標(biāo)型腔的工裝中，再將所述工裝放入干燥設(shè)備 中進(jìn)行干燥成型以得到初坯 (4) 復(fù)合粘接劑：將初坯與粘接劑復(fù)合，得到粘接劑復(fù)合初坯；更優(yōu)選的是，將所述初 坯放置于具有目標(biāo)尺寸的密閉工裝中進(jìn)行真空打壓復(fù)合粘接劑。 (5) 第二干燥成型：在所述粘接劑復(fù)合初坯中的粘接劑膠凝后，對所得材料進(jìn)行干燥 成型，得到炭氣凝膠隔熱復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟（1)之前還包括制備炭氣凝 膠粉末的步驟；優(yōu)選的是，所述制備炭氣凝膠粉末的步驟包括采用酚醛前驅(qū)體溶液，通過溶 膠-凝膠、老化、溶劑置換、常溫常壓干燥和高溫裂解過程得到的炭氣凝膠粉末；更優(yōu)選的 是，酚醛前驅(qū)體選自如下物質(zhì)或者物質(zhì)的組合：間苯二酚+甲醛；三聚氰胺+甲醛；酚醛樹 脂+甲醛；混甲酚+甲醛；聚異腈酸酯；均苯三酚+甲醛；和/或聚N-羥甲基丙烯酰胺+間 苯二酚。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述炭氣凝膠粉末的顆粒直徑為 2至50nm ;優(yōu)選的是，所述炭氣凝膠粉末的含量為水溶液質(zhì)量的1至10%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述分散劑為聚氧化乙烯和/或 聚丙烯酰胺；優(yōu)選的是，所述分散劑的含量為水溶液質(zhì)量的〇. 05至1 %。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述纖維選自由碳纖 維、碳化硅纖維、石墨纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維組成的組；優(yōu)選的是，所述 纖維的含量為水溶液質(zhì)量的0. 1至10%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述粘接劑選自由水玻 璃、硅溶膠、鋁溶膠組成的組；優(yōu)選的是，所述粘接劑的含量為水溶液質(zhì)量的〇. 05至0. 5%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述抽濾采用真空抽 濾的方式，抽濾真空度為-0. 02至-0. IMPa，時(shí)間為1-15分鐘，抽濾后漿料固含量為5至30 質(zhì)量％。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述壓濾采用壓濾模具，將抽濾后得 到的漿料倒入就目標(biāo)尺寸的模具中；優(yōu)選的是，所述模具有上壓頭和下壓頭，下壓頭有排水 孔，上壓頭承受所施加的壓力，從而將抽濾后的漿料壓縮到目標(biāo)厚度并得到濕坯；更優(yōu)選的 是，上壓頭所承受的壓力為1至15MPa，濕坯厚度為0. 1至50mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述第一干燥成型步驟 和/或第二干燥成型步驟采用的干燥條件為：60至80°C，干燥時(shí)間為1至3天。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合粘接劑采用 密閉工裝進(jìn)行，所述密閉工裝可承受的壓力為0. 5至1. OMPa。
【文檔編號】C04B30/02GK104446334SQ201410767392
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】郭慧, 劉斌, 賀劍, 張凡, 宋寒, 裴雨辰, 周玉貴, 陳艷武 申請人:航天特種材料及工藝技術(shù)研究所