本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種建筑以及工業(yè)節(jié)能保溫用防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，全球能源的日益緊缺已成為世界范圍性的問題，開發(fā)新能源、提高現(xiàn)有能源利用率以及節(jié)約能源已引起了各國(guó)的高度重視。我國(guó)是一個(gè)能源貧瘠的國(guó)家，因此，合理利用能源、節(jié)約能源對(duì)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。采用新技術(shù)、新工藝開發(fā)環(huán)境友好型的高效隔熱材料是節(jié)約能源最有效最經(jīng)濟(jì)的措施之一。
氣凝膠又稱藍(lán)煙，是一種結(jié)構(gòu)可控的輕質(zhì)多孔非晶態(tài)無(wú)機(jī)納米材料，具有連續(xù)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其孔隙率高達(dá)80％～99.8％，孔洞尺寸為1～100nm，高比表面積200～1000㎡/g，低密度變化范圍50～100kg/m3，常溫常壓下導(dǎo)熱系數(shù)小于0.016～0.022w/(m·k)，比靜止空氣的熱導(dǎo)率0.026w/(m·k)還低，是目前導(dǎo)熱率最低的固體材料。
目前，國(guó)外從事氣凝膠的研究與商業(yè)化的公司和研究機(jī)構(gòu)主要集中在歐美地區(qū)和日本；在國(guó)內(nèi)，自2012年以來(lái)相繼有4～6家企業(yè)進(jìn)入氣凝膠絕熱保溫行業(yè)。而現(xiàn)工業(yè)管道常用的傳統(tǒng)保溫材料有巖棉、普通玻璃棉氈、高硅酸鋁棉、聚氨酯等，巖棉、高硅酸鋁棉存在保溫性能差、易吸潮、安裝厚度大的缺點(diǎn)；普通玻璃棉氈存在不耐受高溫的缺點(diǎn)；聚氨酯存在不耐高溫并且易燃的缺點(diǎn)。一種保溫性能優(yōu)良、疏水、防火的材料會(huì)獲得市場(chǎng)的認(rèn)可并得以推廣應(yīng)用。因此，如果能將氣凝膠應(yīng)用于工業(yè)中的保溫氈上，是十分有意義的。但是，傳統(tǒng)氣凝膠價(jià)格昂貴，同時(shí)附著在氣凝膠絕熱保溫氈之中的氣凝膠粉很容易脫落，氣凝膠粉易脫落是該材料的致命弱點(diǎn)。第一，掉粉會(huì)造成污染，會(huì)給施工者造成健康傷害，同時(shí)，由于其所保溫的工業(yè)管線輸送物料時(shí)的震動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致粉體向下堆積，以致保溫效果下降。而在不掉粉與降低導(dǎo)熱系數(shù)之間，氣凝膠粘結(jié)與氣凝膠疏水之間，存在重重難點(diǎn)，氣凝膠絕熱氈不掉粉問題便成為了世界難題。第二，氣凝膠保溫氈用傳統(tǒng)的超臨界干燥工藝或以正硅酸乙酯為硅源等，工藝過(guò)程長(zhǎng)，設(shè)備造價(jià)高，導(dǎo)致產(chǎn)品成本高，因此，如何低成本產(chǎn)業(yè)化也是大家共同追求的目標(biāo)。
公開號(hào)為cn1749214a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N氣凝膠絕熱復(fù)合材料及其制備方法，該氣凝膠復(fù)合材料的組成主要包括二氧化硅氣凝膠、紅外遮光劑、增強(qiáng)體纖維，其制備方法是通過(guò)原位合成工藝，將纖維氈或纖維浸入硅溶膠中后凝膠化，最后經(jīng)超臨界干燥制得氣凝膠復(fù)合材料。該方法制備的氣凝膠復(fù)合材料具有較好的疏水性和良好的隔熱性，但制備成本較高，容易掉粉末，工藝采用超臨界干燥有一定的危險(xiǎn)性，只適合高端應(yīng)用，不利于大批量生產(chǎn)和商業(yè)化。
公開號(hào)為cn102557577a的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N二氧化硅氣凝膠復(fù)合材料的制備及方法，以正硅酸乙酯為硅源，工業(yè)化生產(chǎn)的玻璃纖維或纖維棉材料作為增強(qiáng)體，所制得的二氧化硅氣凝膠復(fù)合材料具有高孔隙率、高比表面積、低密度、低介電常數(shù)和低熱導(dǎo)率等特性，具有良好的成型性，但是正硅酸乙酯有毒且價(jià)格昂貴，硅醇鹽作為硅源適合工業(yè)生產(chǎn)。
公開號(hào)為103723995a的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種玻璃棉氈與二氧化硅氣凝膠混合制氈的方法，該發(fā)明是利用離心噴吹工藝制備玻璃棉，噴灑樹脂粘結(jié)劑，同時(shí)將二氧化硅氣凝膠漿料噴灑在玻璃棉氈表面，形成棉氈與氣凝膠疊加的復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)是制備出的復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的絕熱性能和吸聲性能；其缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備的要求高，無(wú)形中增加了成本，另外制備的氣凝膠混合氈中氣凝膠的含量較大，使得混合氈的剛性大柔性不足，更容易掉粉末，限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種成本低并且防脫粉的氣凝膠復(fù)合保溫氈及其制備方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
一種防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈，包括氣凝膠濕凝膠溶液、纖維骨架材料，所述氣凝膠濕凝膠溶液、纖維骨架材料的重量比為2～30:1；
所述氣凝膠濕凝膠溶液包括氣凝膠前驅(qū)體、粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑的添加量為氣凝膠前驅(qū)體固含量的0.1～5％；
所述氣凝膠前驅(qū)體的固含量為5～35％，指氣凝膠前驅(qū)體中氣凝膠固形物的含量為5～35％；
所述粘結(jié)劑，按照重量份數(shù)計(jì)，包括10～65重量份的硅酸鈉a、10～40重量份的硅酸鉀、30～90重量份的水a(chǎn)、5～40重量份的硅溶膠、1～15重量份的磷酸鋁、1～10重量份的偶聯(lián)劑a、1～15重量份的成膜助劑、5～30重量份的膨潤(rùn)土。
優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑a為kh560、tm-12中的一種或兩種。
優(yōu)選的，所述成膜助劑為醇脂12、乙二醇丁醚的一種或兩種。
優(yōu)選的，所述纖維骨架材料采用陶瓷纖維氈、聚合物纖維氈、玻璃纖維氈、植物纖維氈或碳纖維氈中的一種或幾種。
優(yōu)選的，所述纖維骨架材料的長(zhǎng)度為2～80m，寬度為0.8～1.5m，厚度為1～30mm，密度為100～300kg/m3并且質(zhì)地均勻。
優(yōu)選的，所述硅溶膠的含水量≤70％，硅溶膠為納米級(jí)的二氧化硅顆粒在水中的分散液。
具體來(lái)說(shuō)，所述氣凝膠前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備硅源和溶劑的混合溶液
取摩數(shù)3.0～4.0的硅酸鈉b裝入反應(yīng)釜中，加入硅酸鈉b質(zhì)量1～3倍的水b進(jìn)行稀釋，反應(yīng)釜以80～200r/min的速度攪拌30min，經(jīng)200目篩過(guò)濾，得到硅酸鈉溶液b；
硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，它是由不同比例的堿金屬和二氧化硅所組成，其化學(xué)式為r2o·nsio2，式中r2o為堿金屬氧化物，n為二氧化硅與堿金屬氧化物摩爾數(shù)的比值，稱為水玻璃的摩數(shù)，最常用的是硅酸鈉水玻璃na2o·nsio2；
(2)溶膠
取a酸，在a酸中加入a酸金屬鹽和稀土a酸鹽，混合均勻后，以噴淋的方式加入至步驟(1)得到的硅酸鈉溶液b；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，控制硅酸鈉溶液b的ph值為1.5～3.0，控制其平均孔徑為15～30納米，得到溶膠，本步驟用時(shí)60～120min；
優(yōu)選的，所述步驟(2)中，a酸為硫酸、鹽酸、草酸或硝酸，用水d調(diào)節(jié)至6～15mol/l；
優(yōu)選的，所述步驟(2)中，a酸金屬鹽為a酸鋯鹽或a酸鋁鹽；
優(yōu)選的，所述步驟(2)中，稀土a酸鹽為a酸鈰鹽、a酸釔鹽或a酸鑭鹽；
a酸金屬鹽和稀土a酸鹽容易吸潮，會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確，所以為了準(zhǔn)確定量其加入量，步驟(2)中所述a酸金屬鹽和稀土a酸鹽以氧化物計(jì)，兩者的摩爾比是100：1～6；步驟(2)中a酸金屬鹽的氧化物和硅酸鈉b中氧化硅的摩爾比2～5：100；例如，a酸金屬鹽為硫酸鋁，以其氧化物計(jì)，即以氧化鋁和硅酸鈉b中氧化硅的摩爾比為2～5：100；
(3)凝膠
取氫氧化鈉或氨水，加入水c稀釋至ph值為10～11.5，以噴淋的方式加入至反應(yīng)釜中；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)物料的ph值為4.5～5.5時(shí)，終止噴淋，得到凝膠，本步驟用時(shí)80～180min；
(4)老化
反應(yīng)釜內(nèi)以20～50r/min的速度繼續(xù)攪拌3～10h，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行老化，控制反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度為35～50℃；現(xiàn)有技術(shù)一般是采用靜置的方式進(jìn)行老化，耗時(shí)3～5天，并不會(huì)對(duì)凝膠進(jìn)行攪拌，原因是現(xiàn)有技術(shù)普遍認(rèn)為老化的過(guò)程中是需要靜置的，靜置能夠便于氣凝膠的結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)；
(5)溶劑置換
在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行持續(xù)攪拌60～180min，同時(shí)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的置換溶劑，以置換出剩余的水分；現(xiàn)有技術(shù)擔(dān)心攪拌會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)，一般不會(huì)在置換時(shí)進(jìn)行攪拌，會(huì)采取靜置處理，導(dǎo)致耗時(shí)較長(zhǎng)；本發(fā)明提供的制備方法在溶劑置換時(shí)進(jìn)行攪拌60～180min，能夠極大縮短置換周期，微觀結(jié)構(gòu)并沒有受到破壞；
優(yōu)選的，所述的置換溶劑為甲醇、丙酮、正己烷或庚烷的一種或幾種的混合物。
(6)表面修飾
在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行持續(xù)攪拌，同時(shí)繼續(xù)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的偶聯(lián)劑b；經(jīng)過(guò)攪拌60～180min，得到包覆有置換溶劑和偶聯(lián)劑b的稀土增韌的硅氣凝膠前驅(qū)體，即為保溫氈中采用的氣凝膠前驅(qū)體。
上述步驟(6)表面修飾加入的偶聯(lián)劑b將硅氣凝膠微孔內(nèi)的水置換出來(lái)，偶聯(lián)劑b填充進(jìn)硅氣凝膠微孔內(nèi)，能夠提高微孔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高孔徑大小的平均性；此外，通過(guò)對(duì)加入不同的偶聯(lián)劑b進(jìn)行表面修飾后，能夠調(diào)整硅氣凝膠疏水性、親水性功能。
優(yōu)選的，上述步驟(6)中所述偶聯(lián)劑b為六甲基二硅氮烷、雙(三甲硅基)乙酰胺、甲氧基三甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基烷的一種或幾種；
優(yōu)選的，上述步驟(5)或步驟(6)中所述的攪拌為在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行攪拌；
優(yōu)選的，所述攪拌為反應(yīng)釜中心提供快速的順向攪拌(高速剪切盤)，反應(yīng)釜中心的外圍提供折流板來(lái)實(shí)現(xiàn)的；
優(yōu)選的，所述水a(chǎn)、水b、水c、水d均為去離子水。
該氣凝膠前驅(qū)體是采用常溫常壓工藝生產(chǎn)制備的，是一種結(jié)構(gòu)可控的輕質(zhì)多孔非晶態(tài)無(wú)機(jī)納米材料，具有連續(xù)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其孔隙率高達(dá)80％以上，平均孔徑為20nm左右，比表面積大于500㎡/g，密度小于70kg/m3，常溫常壓下導(dǎo)熱系數(shù)小于0.020w/(m·k)，比靜止空氣的熱導(dǎo)率0.022w/(m·k)還低，是目前難得的低成本、產(chǎn)業(yè)化、低導(dǎo)熱率的固體材料。
一種防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈的制備方法，包括以下步驟：
(1)取固含量為5～35％、常溫常壓制備的氣凝膠前驅(qū)體；
(2)用重量法制備粘結(jié)劑：
①取硅酸鈉a10～65重量份、硅酸鉀10～40重量份、5～30重量份的膨潤(rùn)土、水a(chǎn)30～90重量份混合后攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min,攪拌用時(shí)為5～30min；
②加入硅溶膠5～40重量份，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min，攪拌用時(shí)為5～30min；
③加入磷酸鋁1～15重量份，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min，攪拌用時(shí)為10～30min，調(diào)ph值到7-8；
④再加入偶聯(lián)劑a1～10重量份和成膜助劑1～15重量份，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min，攪拌用時(shí)為5～30min，用高速分散砂磨機(jī)以500～2700r/min的速度砂磨10～40min，制備出分散均勻的粘結(jié)劑；
(3)按照氣凝膠前驅(qū)體固含量的0.1～5％添加粘結(jié)劑，再用攪拌機(jī)以500～1500r/min攪拌10～50min得到攪拌均勻的混合溶液，把攪拌均勻的混合溶液通過(guò)臥式砂磨機(jī)循環(huán)以500～2500r/min的轉(zhuǎn)速研磨20～60min，得到成型的氣凝膠濕凝膠溶液；
(4)取纖維骨架材料，按照氣凝膠濕凝膠溶液：纖維骨架材料＝2～30:1的重量比，將纖維骨架材料浸入氣凝膠濕凝膠溶液中，使纖維骨架材料飽和吸附氣凝膠濕凝膠溶液，干燥后即得保溫氈。
優(yōu)選的，纖維骨架材料浸入氣凝膠濕凝膠溶液中的次數(shù)≥2次，每次浸漬完成后均在0.5～2mpa/n㎡的壓力下采用擠壓輥擠壓處理，擠壓速率為0.1～1.5m/min；其目的是使氣凝膠前驅(qū)體均勻的分布在保溫氈上。
優(yōu)選的，所述步驟(4)中，在纖維骨架材料干燥時(shí)，集中收集回收溶液。
本發(fā)明的工作原理是：
氣凝膠又稱藍(lán)煙，其具有以下特性：1、氣凝膠的內(nèi)部分布有若干無(wú)窮多的納米孔和氣孔壁，空氣在納米氣孔內(nèi)不能夠自由流動(dòng)，相對(duì)地吸附在氣孔壁上，氣凝膠材料處于類似真空狀態(tài)，有效減少對(duì)流傳熱，熱量在固體材料中傳遞能沿著氣孔壁傳遞；這些氣孔壁構(gòu)成了無(wú)窮長(zhǎng)的熱傳導(dǎo)路徑，這將顯著減少熱量傳導(dǎo)；2、氣凝膠內(nèi)部存在無(wú)窮多的氣孔壁，氣孔壁相當(dāng)于無(wú)窮多的隔熱擋板，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光和熱的反射，從而大幅度降低輻射傳熱；3、氣凝膠能有效地透過(guò)太陽(yáng)光，并阻止環(huán)境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，使材料的熱導(dǎo)率大大降低；
基于上述氣凝膠的特性，選擇合適的結(jié)合劑，將氣凝膠與工業(yè)、建筑保溫用保溫氈制作材料結(jié)合，不僅可以增強(qiáng)工業(yè)、建筑保溫用保溫氈的機(jī)械強(qiáng)度，還能夠有效降低其導(dǎo)熱系數(shù)，提高其保溫隔熱能力，提高憎水率，改善工業(yè)與建筑保溫用保溫氈表面與材料的結(jié)合能力。
與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明的有益效果在于：
1、傳統(tǒng)的氣凝膠復(fù)合保溫氈具有成本高、易掉粉的兩大缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了這種新材料的應(yīng)用與發(fā)展，本發(fā)明克服了現(xiàn)有保溫氈成本高、易掉粉的問題，產(chǎn)品的性能更好，更加環(huán)保；
2、傳統(tǒng)的氣凝膠保溫氈中的氣凝膠以氣凝膠粉體的形式加入，氣凝膠粉體在制備過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)干燥處理，其干燥處理是在高溫高壓下采用超臨界干燥工藝完成，其生產(chǎn)條件苛刻，工藝復(fù)雜，危險(xiǎn)性大，生產(chǎn)裝置投資大，制備效率低，其原材料以高價(jià)的硅醇為主，成本高；
本發(fā)明氣凝膠保溫氈中的氣凝膠以氣凝膠前驅(qū)體的形式加入，未經(jīng)過(guò)干燥處理步驟，生產(chǎn)成本低；另外，氣凝膠前驅(qū)體是在常溫常壓下制備，工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，安全性高，工藝過(guò)程從300h降至30h，同樣產(chǎn)能的生產(chǎn)裝置投資僅為傳統(tǒng)方法的1/20，原材料價(jià)格比傳統(tǒng)硅源低100倍以上，產(chǎn)品成本僅為傳統(tǒng)方法的1/10；
3、傳統(tǒng)的氣凝膠保溫氈易掉粉的原因有三個(gè)方面：(1)采用的氣凝膠粉體未經(jīng)過(guò)增韌處理，韌性小，顆粒易破碎；(2)保溫氈未添加無(wú)機(jī)粘結(jié)成分，氣凝膠粉體與保溫氈結(jié)合力度小；(3)由于氣凝膠保溫氈中以氣凝膠粉體的形式加入，氣凝膠粉體是由單個(gè)的顆粒個(gè)體組成，顆粒與顆粒之間無(wú)法有效的連接在一起，從而造成了保溫氈易掉粉；
本發(fā)明中的氣凝膠保溫氈針對(duì)上述掉粉原因作出了改進(jìn)：(1)氣凝膠保溫氈采用的是氣凝膠前驅(qū)體，氣凝膠前驅(qū)體為添加了稀土a酸鹽和a酸金屬鹽而制備的稀土增韌氣凝膠前驅(qū)體，稀土增韌氣凝膠前驅(qū)體韌性大，顆粒不易破碎，進(jìn)而不易從保溫氈上脫落；(2)保溫氈中添加了無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，將氣凝膠前驅(qū)體與纖維材料粘結(jié)在一起，氣凝膠前驅(qū)體與保溫氈結(jié)合力度大，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響小，進(jìn)一步降低掉粉機(jī)率；(3)氣凝膠前驅(qū)體為溶膠的形式，不是單獨(dú)的顆粒個(gè)體，組分之間連接的更加緊密，氣凝膠前驅(qū)體在擠入溶膠的過(guò)程中將單根的纖維成分包裹住，從而達(dá)到不易掉粉的目的；
4、氣凝膠的三維立體結(jié)構(gòu)在其性能發(fā)揮過(guò)程中起著重要的作用，如果氣凝膠中的孔被粘結(jié)劑堵住就無(wú)法發(fā)揮作用；
傳統(tǒng)氣凝膠保溫氈中采用的氣凝膠在高溫高壓下制備，如果后期不經(jīng)特殊處理，多孔的三維立體空間容易被粘結(jié)劑或其它原料堵住而失效，進(jìn)而使其喪失隔熱效果；另外，氣凝膠多孔的三維立體空間聯(lián)合在一起會(huì)起到更好的隔熱效應(yīng)，被粘結(jié)劑分隔開之后會(huì)將氣凝膠內(nèi)部的三維立體空間割裂成孤島，進(jìn)而產(chǎn)生孤島效應(yīng)，降低氣凝膠的隔熱效果；
采用本發(fā)明中方法制備的氣凝膠前驅(qū)體內(nèi)含有置換溶劑，置換溶劑占據(jù)氣凝膠前驅(qū)體內(nèi)多孔的三維立體空間，粘結(jié)劑或其它原料無(wú)法侵入多孔中占據(jù)其三維立體空間，保溫氈干燥過(guò)程中，置換溶劑自然揮發(fā)，在溶劑自然揮發(fā)完畢后氣凝膠前驅(qū)體內(nèi)仍然能夠保持多孔的三維立體結(jié)構(gòu)，克服了孔被堵引起的失效及孤島效應(yīng)，因此，其隔熱性能更強(qiáng)；
5、本發(fā)明所得的防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈，常溫常壓下導(dǎo)熱系數(shù)為0.018～0.022w/(m·k)，掉粉程度為5～20‰，另外，該保溫氈具備超疏水性、耐火性，具備很好的柔韌性、平整度和強(qiáng)度；
6、保溫氈的制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)操作安全、成本低，解決了傳統(tǒng)氣凝膠保溫氈產(chǎn)業(yè)化面臨的制備工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)、溶劑消耗量大、廢液多、強(qiáng)度低、脆性大、柔韌性低等技術(shù)問題；
7、本發(fā)明中的保溫氈制備方法為適用于氣凝膠復(fù)合保溫氈生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化方法，該方法在保持氣凝膠性質(zhì)不變的前提下，通過(guò)獨(dú)到的生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)氣凝膠復(fù)合保溫氈的成型，縮短制備時(shí)間，大大的提高了生產(chǎn)效率；
8、本發(fā)明中的水選用電導(dǎo)率指標(biāo)≤10的去離子水，減少雜質(zhì)并能節(jié)約生產(chǎn)成本；
9、傳統(tǒng)的保溫氈中采用有機(jī)粘結(jié)劑，有機(jī)粘結(jié)劑中含有易揮發(fā)的有機(jī)成分，有機(jī)成分揮發(fā)會(huì)降低其保溫氈的性能；本發(fā)明中摒棄了有機(jī)粘結(jié)劑，采用的粘結(jié)劑為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，不存在揮發(fā)現(xiàn)象，保溫氈的保溫性能更佳；
10、本發(fā)明在制備過(guò)程中，將纖維骨架材料浸入氣凝膠濕凝膠溶液中，使纖維骨架材料完全吸附溶液；
11、纖維骨架材料在氣凝膠濕凝膠溶液需要經(jīng)過(guò)多次浸漬，每次浸漬完畢后均采用加壓處理，多次浸漬、多次加壓，使氣凝膠前驅(qū)體均勻的分布在保溫氈上；
12、本發(fā)明中添加的所有原料與保溫氈氈體的ph值接近，原料與氣凝膠氈結(jié)合的效果更好，進(jìn)一步降低掉粉幾率；
13、纖維骨架材料浸入氣凝膠濕凝膠溶液時(shí)，集中回收溶液，節(jié)約生產(chǎn)成本；
14、本發(fā)明中稀土增韌氣凝膠前驅(qū)體制備的工作原理是：氣凝膠前驅(qū)體的制備方法中，凝膠過(guò)程中加入的a酸金屬鹽和稀土a酸鹽，能夠達(dá)到增韌和提高硅氣凝膠耐熱性的效果；老化和溶劑置換步驟均是在攪拌的狀態(tài)下進(jìn)行，大大提高了反應(yīng)效率，壓縮了工藝時(shí)間，適合產(chǎn)業(yè)化；
15、本發(fā)明中稀土增韌氣凝膠前驅(qū)體制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：
(1)近年來(lái)，現(xiàn)有技術(shù)中有一些關(guān)于常溫差壓下制備硅氣凝膠的相關(guān)報(bào)道和專利文獻(xiàn)，但是大多是停留在實(shí)驗(yàn)室制備階段，工藝過(guò)程較長(zhǎng)，同時(shí)工藝實(shí)施范圍過(guò)窄，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用；本發(fā)明提供了常溫常壓下的制備方法，一改現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)靜止的工藝，在關(guān)鍵工藝過(guò)程施加攪拌，加速實(shí)現(xiàn)了氣凝膠的水解、縮聚與修飾，實(shí)現(xiàn)了30h內(nèi)合成氣凝膠前驅(qū)體的工藝，提供了一種工業(yè)上批量制備稀土增韌硅氣凝膠的方法，為硅氣凝膠的大量制造與使用提供了前提；
(2)現(xiàn)有技術(shù)中阻礙氣凝膠發(fā)展的原因之一是氣凝膠具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但是該結(jié)構(gòu)的邊緣較薄、較脆，抗壓強(qiáng)度低，容易受壓坍塌，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定；本發(fā)明用加入稀土a酸鹽和a酸金屬鹽，改善了該材料的韌性，提高了硅氣凝膠的強(qiáng)度；
(3)現(xiàn)有技術(shù)制備的硅氣凝膠的使用溫度偏低，一般在500℃以下使用還比較穩(wěn)定，500℃以上會(huì)導(dǎo)致硅氣凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)下降；本發(fā)明用加入稀土a酸鹽和a酸金屬鹽，改善了該材料的耐溫性能，提高了硅氣凝膠的耐熱溫度。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
一、實(shí)施例1～8
1、一種防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈的配方，包括氣凝膠濕凝膠溶液、纖維骨架材料，氣凝膠濕凝膠溶液、纖維骨架材料的重量比為2～30:1；
氣凝膠濕凝膠溶液包括氣凝膠前驅(qū)體、粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的添加量為氣凝膠前驅(qū)體固含量的0.1～5％；
氣凝膠前驅(qū)體的固含量為5～35％，指氣凝膠前驅(qū)體中氣凝膠固形物的含量為5～35％；
粘結(jié)劑，按照重量份數(shù)計(jì)，包括10～65重量份的硅酸鈉a、10～40重量份的硅酸鉀、30～90重量份的去離子水a(chǎn)、5～40重量份的硅溶膠、1～15重量份的磷酸鋁、1～10重量份的偶聯(lián)劑a、1～15重量份的成膜助劑、5～30重量份的膨潤(rùn)土；
實(shí)施例1～8中各組分的用量明細(xì)見表1，實(shí)施例1～8中粘結(jié)劑的用量明細(xì)見表2。
表1實(shí)施例1～8中各組分的用量明細(xì)表
表2實(shí)施例1～8中粘結(jié)劑中各組分的用量明細(xì)表
其中，偶聯(lián)劑a為kh560、tm-12中的一種或兩種；成膜助劑為醇脂12、乙二醇丁醚的一種或兩種；纖維骨架材料采用陶瓷纖維氈、聚合物纖維氈、玻璃纖維氈、植物纖維氈或碳纖維氈中的一種或幾種；纖維骨架材料的長(zhǎng)度為2～80m，寬度為0.8～1.5m，厚度為1～30mm，密度為100～300kg/m3并且質(zhì)地均勻；硅溶膠的含水量≤70％；各實(shí)施例中采用的具體種類見表3。
表3實(shí)施例1～8中采用的偶聯(lián)劑、纖維骨架材料、硅溶膠的參數(shù)明細(xì)表
2、一種防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈的制備方法，包括以下步驟：
(1)取固含量為5～35％、常溫常壓制備的氣凝膠前驅(qū)體；
(2)用重量法制備粘結(jié)劑：
①取硅酸鈉a10～65重量份、硅酸鉀10～40重量份、5～30重量份的膨潤(rùn)土、去離子水a(chǎn)30～90重量份混合后攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min,攪拌用時(shí)為5～30min；
②加入硅溶膠5～40重量份，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min，攪拌用時(shí)為5～30min；
③加入磷酸鋁1～15重量份，攪拌均勻，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min，攪拌用時(shí)為10～30min，調(diào)ph值到7-8；
④再加入偶聯(lián)劑a1～10重量份和成膜助劑1～15重量份，攪拌轉(zhuǎn)速為20～500r/min，攪拌用時(shí)為5～30min，用高速分散砂磨機(jī)以500～2700r/min的速度砂磨10～40min，制備出分散均勻的粘結(jié)劑；
(3)按照氣凝膠前驅(qū)體固含量的0.1～5％添加粘結(jié)劑，再用攪拌機(jī)以500～1500r/min攪拌10～50min得到攪拌均勻的混合溶液，把攪拌均勻的混合溶液通過(guò)臥式砂磨機(jī)循環(huán)以500～2500r/min的轉(zhuǎn)速研磨20～60min，得到成型的氣凝膠濕凝膠溶液；
(4)取纖維骨架材料，按照氣凝膠濕凝膠溶液：纖維骨架材料＝2～30:1的重量比，將纖維骨架材料浸入氣凝膠濕凝膠溶液中，使纖維骨架材料飽和吸附氣凝膠濕凝膠溶液，纖維骨架材料浸入氣凝膠濕凝膠溶液中的次數(shù)≥2次，每次浸漬完成后均在0.5～2mpa/n㎡的壓力下采用擠壓輥擠壓處理，擠壓速率為0.1～1.5m/min，最后，采用常規(guī)方法烘干，即得保溫氈；在纖維骨架材料烘干時(shí)，集中收集回收溶液，實(shí)施例1～8各步驟中的具體參數(shù)數(shù)值見表4。
表4實(shí)施例1～8中防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈的制備方法各步驟采用的具體參數(shù)
3、防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈中采用的氣凝膠前驅(qū)體的具體制備步驟如下：
(1)制備硅源和溶劑的混合溶液
取摩數(shù)3.0～4.0的水玻璃b(相當(dāng)于硅酸鈉b)裝入反應(yīng)釜中，加入水玻璃b質(zhì)量1～3倍的去離子水b進(jìn)行稀釋，反應(yīng)釜以80～200r/min的速度攪拌30min，經(jīng)200目篩過(guò)濾，得到水玻璃溶液b；
(2)溶膠
取a酸，在a酸中加入a酸金屬鹽和稀土a酸鹽，混合均勻后，以噴淋的方式加入至步驟(1)得到的水玻璃溶液b；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，控制ph值至1.5～3.0停止噴淋，噴淋時(shí)間控制在60～120min，得到溶膠；
a酸為硫酸、鹽酸、草酸或硝酸，用去離子水d調(diào)節(jié)其濃度至6～15mol/l；
a酸金屬鹽為a酸鋯鹽或a酸鋁鹽，稀土a酸鹽為a酸鈰鹽、a酸釔鹽或a酸鑭鹽；
a酸金屬鹽和稀土a酸鹽以氧化物計(jì)，兩者的摩爾比是100：1～6；
a酸金屬鹽的氧化物和水玻璃溶液b中氧化硅的摩爾比2～5：100；
(3)凝膠
取氫氧化鈉或氨水，加入去離子水c稀釋至ph值為10～11.5，以噴淋的方式加入至步驟(2)反應(yīng)釜內(nèi)所得溶膠中；噴淋的同時(shí)以1200～2000r/min的速度對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行快速攪拌，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)物料的ph值為4.5～5.5時(shí)，噴淋用時(shí)80～180min，得到凝膠；
(4)老化
反應(yīng)釜內(nèi)以20～50r/min的速度繼續(xù)攪拌3～10h，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行老化，控制反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度為35～50℃；
(5)溶劑置換
在反應(yīng)釜內(nèi)攪拌的同時(shí)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的置換溶劑，以置換出剩余的水分，攪拌60～180min；
置換溶劑為甲醇、丙酮、正己烷或庚烷的一種或幾種的混合物；
(6)表面修飾
在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行持續(xù)攪拌，同時(shí)繼續(xù)加入與步驟(4)反應(yīng)釜內(nèi)老化物料同體積的偶聯(lián)劑b，經(jīng)過(guò)攪拌60～180min，表面修飾后得到包覆有置換溶劑和偶聯(lián)劑b的稀土增韌的硅氣凝膠前驅(qū)體，即為氣凝膠前驅(qū)體；
步驟(5)或步驟(6)中的攪拌是在反應(yīng)釜中心提供快速的順向攪拌，反應(yīng)釜中心的外圍提供折流板；
偶聯(lián)劑b為六甲基二硅氮烷、雙(三甲硅基)乙酰胺、甲氧基三甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基烷的一種或幾種的混合物；
氣凝膠前驅(qū)體的制備方法中各實(shí)施例的變量參數(shù)及具體數(shù)值見表5。
表5實(shí)施例1～8中氣凝膠前驅(qū)體的制備方法中步驟(1)～(6)采用的具體參數(shù)
二、性能測(cè)試
(1)根據(jù)yb/t4130-2005耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)方法(水流量平板法)對(duì)實(shí)施例1～8中的保溫氈產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)；
(2)根據(jù)jgj144對(duì)實(shí)施例1～8中的保溫氈產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)；
(3)氣凝膠含量測(cè)定方法：取10mm厚、1m2的實(shí)施例1～8中的氣凝膠保溫氈樣塊和同樣大小的不含氣凝膠的保溫氈樣塊，置于干燥箱內(nèi)，在200℃下干燥1h去掉水分，稱重，氣凝膠保溫氈樣塊和同樣大小的不含氣凝膠的保溫氈樣塊質(zhì)量的差值即為氣凝膠含量；
(4)掉粉率的測(cè)定方法：先將實(shí)施例1～8中保溫氈樣塊在200℃下干燥1h去掉水分，將干燥后保溫氈成品放置在振動(dòng)篩上處理3min，振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率為120～150rad/s，收集掉下來(lái)的粉體，粉體過(guò)200目篩去除粉體中的雜質(zhì)，粉體的質(zhì)量/保溫氈中氣凝膠的總含量即為掉粉率；
(5)耐火性的測(cè)定方法：將實(shí)施例1～8中保溫氈成品在1200℃的火焰下燒10min,觀察保溫氈的變化；
(6)柔韌性的測(cè)定方法：將實(shí)施例1～8中保溫氈成品對(duì)折180°再展開，觀察有無(wú)折痕；
(7)疏水性能檢測(cè)方法：將水傾倒在將實(shí)施例1～8中保溫氈上表面上，采用接觸角測(cè)定儀測(cè)量其接觸角的大??；
以傳統(tǒng)保溫氈為對(duì)照組，具體檢測(cè)結(jié)果見表6。
表6實(shí)施例1～8中保溫氈的性能檢測(cè)結(jié)果
由表6中檢測(cè)結(jié)果可知，與傳統(tǒng)保溫氈相比，本發(fā)明所得的防脫粉氣凝膠復(fù)合保溫氈，常溫常壓下導(dǎo)熱系數(shù)為0.018～0.022w/(m·k)，導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)一步降低；其抗拉強(qiáng)度在0.06～0.08mpa，抗拉性能明顯提升；10mm厚、1m2保溫氈中的氣凝膠含量為160～220g，氣凝膠含量明顯降低；掉粉率為5～20‰，掉粉程度顯著降低；另外，其接觸角達(dá)到了140～150°，達(dá)到了超疏水級(jí)別，疏水性能顯著提升；耐火性達(dá)到了a1級(jí)，耐火性能顯著提升；對(duì)折無(wú)數(shù)次，無(wú)折痕具備非常好的柔韌性。
三、應(yīng)用例
將本發(fā)明中的產(chǎn)品應(yīng)用在煉油部的中壓蒸汽部分管線保溫上，改造前試驗(yàn)段管線保溫材料采用巖棉，改造后保溫材料采用本發(fā)明中的實(shí)施例3的產(chǎn)品。
1、根據(jù)gb8174-2008“設(shè)備及管道保溫效果的測(cè)試和評(píng)價(jià)”的規(guī)定，管道外表面溫度不同，最大允許的散熱損失則不同。對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，此管線最大允許的散熱損失為198w/m2；
2、改造前檢測(cè)：環(huán)境溫度10℃，風(fēng)速0.1m/s，該試驗(yàn)段管線采用巖棉保溫材料時(shí)，厚度為200mm，外表面溫度在35℃左右，根據(jù)計(jì)算，該段管線散熱損失為327w/m2，超過(guò)最大允許的散熱損失198w/m2，管線長(zhǎng)1.5m,總散熱損失量1152w；
3、改造后檢測(cè)：環(huán)境溫度10℃，風(fēng)速0.1m/s，改造后采用本發(fā)明中產(chǎn)品，厚度為30mm，外表面溫度在32℃左右，根據(jù)計(jì)算，該管線的散熱損失為281w/m2，超過(guò)最大允許的散熱損失198w/m2，管線長(zhǎng)1.5m,總散熱損失量543w；
4、該段管線改造后與改造前相比較，保溫厚度由200mm減少到30mm,散熱損失由327w/m2降低到281w/m2，總散熱損失量由1152w降低到543w，且溫度分布均勻。
以上對(duì)本發(fā)明的8個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。