專利名稱：一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料及其制備方法
一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料及其制備方法本發(fā)明涉及納米絕熱材料領域，具體地說是一種用于飛機黑匣子的隔熱阻燃防潮材料及其制備方法。飛機黑匣子是在飛機事故后調查事故原因最重要的依據(jù)，飛機事故后幾乎所有的飛機都會起火燃燒，為了保存黑匣子中的數(shù)據(jù)，黑匣子構成材料中使用超高絕熱材料是必須的，要求黑匣子在受到撞擊后隔熱效果不能降低。隔熱材料，又稱為絕熱材料，指能阻滯熱流傳遞的材料，屬于功能材料。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，全球的能源消耗急劇上升，能源的緊缺已成為世界范圍性的問題。而節(jié)約能源最有效的措施之一就是采用新技術、新工藝開發(fā)環(huán)境友好型高效隔熱材料。在工業(yè)中采用良好的保溫隔熱材料有利于減少產品能耗，降低生產成本，減小隔熱層體積從而減小設備設施的體積，達到美觀協(xié)調的效果，具有很大的社會經(jīng)濟效益。在軍工領域，特別是使用環(huán)境苛刻的航空航天方面，要求隔熱材料具有耐高溫、輕質、高效、高穩(wěn)定性等一系列性能。具體如高超聲速飛行器長時高速飛行要求其熱防護系統(tǒng)能承受更高熱流、更高溫度、零燒蝕、高可靠性以及輕質高效等，而其熱防護系統(tǒng)的關鍵技術之一就是在防熱結構內部設置輕質高效的隔熱材料和結構。另外，戰(zhàn)略導彈、軍用熱電池、飛機發(fā)動機、裝甲車輛、軍艦、核潛艇、魚雷等軍事裝備也對耐高溫、輕質、高效可靠的隔熱材料提出了需求。目前，傳統(tǒng)的隔熱材料難以滿足民用高效節(jié)能以及軍用裝備等對隔熱材料提出的更高要求。因此，開展耐高溫、輕質、高效隔熱的納米多孔隔熱復合材料及其構件研制技術的研究，無論對于民用還是軍用裝備都具有重要的現(xiàn)實意義。該發(fā)明之納米多孔二氧化硅隔熱阻燃防潮復合材料具有低導熱系數(shù)、良好力學性能、低密度、易加工等優(yōu)點，在航天飛行器熱防護系統(tǒng)、黑匣子熱防護系統(tǒng)、軍用熱電池以及熱力、化工、冶金、消防等領域都具有廣闊的應用前景。二氧化硅凝聚物是一種分散介質為氣體的凝聚物材料，是由膠體粒子或高聚物分子相互聚合構成納米多孔網(wǎng)絡結構，其固體相和孔隙結構均為納米量級。二氧化硅凝聚物是目前世界上密度較小、質量較輕、硬度較高且強度較大的固體材料；它還是目前世界上熱導率最小的固體材料，室溫真空熱導率可達到0. OOlff -m-1 ^―1，最高能承受1400°C的高溫； 且其折射率在一定范圍內連續(xù)可調。氣凝聚物的孔隙率高達80. 0 % 99. 8 %，孔洞尺寸在 1 IOOnm之間，比表面積高達200 IOOOm2 ^、密度變化范圍為3 600kg ·πΓ3，盡管密度如此之低，也能承受高于它本身重量500 4000倍的應力。由于其超低的折射率、低的彈性模量、低聲阻抗、低熱導率、強吸附性、典型的分形結構等性能特征，在熱學、光學、電學、 聲學、力學和分形學等領域都表現(xiàn)出很好的應用價值。在應用方面，它已被應用于Cerenkov 探測器、聲阻抗耦合材料、催化劑及載體、高效隔熱材料及制備高效可充電電池等。俄羅斯 “和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器上都用到了 S^2氣凝聚物。
國內尚沒有一家能夠生產機械強度足夠且能保證防潮的氣凝聚物絕熱產品廠家。 雖然氣凝聚物有如此廣泛的用途，卻一直只在國家航空航天上被嘗試使用，主要原因就是達不到足夠的強度。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術不足，提供一種飛機用黑匣子隔熱阻燃防潮材料及其制備方法，制備出一種強度增加到該類材料使用標準、低密度、隔熱性能良好并且疏水防潮的硅氣凝聚物。為了實現(xiàn)上述目的，設計一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料，包括二氧化硅為主體的隔熱材料，其特征在于由納米多孔二氧化硅凝聚物、紅外遮光劑、增強纖維氈、增強纖維紙組成，按照質量比納米多孔二氧化硅凝聚物1 紅外遮光劑0. 1-0. 3 增強纖維 m 0. 5-3 增強纖維紙0. 1-0. 3配比。所述的增強纖維氈和增強纖維紙的材料可以為石英纖維或高硅氧纖維或玻璃纖維或者碳纖維或者硅酸鋁纖維。所述的增強纖維優(yōu)選連續(xù)纖維體，所述的連續(xù)纖維體是纖維氈、紙或纖維預制件; 纖維體密度低于0. lg/cm3。納米多孔二氧化硅凝聚物的制備方法采用硅質原料為前驅體，分兩個步驟用酸性催化劑、堿性催化劑、常用溶劑，按照成型密度比例，通過水解、縮合反應制得凝聚物，在成凝聚物前通過浸漬工藝與纖維混合，經(jīng)過表面處理和溶劑置換工序，最后經(jīng)過超臨界流體干燥制得，具體步驟如下1)通過兩步法制備醇溶膠以正硅酸酯前驅體，加入適量溶劑混合均勻，通過兩步酸堿催化劑制得醇溶膠；2)在模具中放置纖維紙和纖維氈或纖維預制件，通過由底部滲浸工藝將醇溶膠倒入上述纖維材料；對于隔熱要求高的材料，適量添加遮光劑；3)凝聚物的老化處理纖維與溶膠復合成凝聚物后，納米顆粒結構細小，強度低， 通過老化處理，凝聚物網(wǎng)絡結構繼續(xù)長大，使硅源中含有的si成分充分與水反應，達到 Si-O鍵飽和，使醇凝聚物表面變粗更趨于光滑，總體比表面積下降，網(wǎng)絡的孔徑分布更加均勻；4)凝聚物疏水處理；成型的醇凝聚物表面布滿-0H，吸水性強，潮濕環(huán)境下，會造成表面塌陷影響使用，通過硅氧烷化劑與凝聚物發(fā)生表面羧基反應，從而使凝聚物表面具有憎水性，反應式和結構式如下
權利要求
1.一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料，包括二氧化硅為主體的隔熱材料，其特征在于由納米多孔二氧化硅凝聚物、紅外遮光劑、增強纖維氈、增強纖維紙組成，按照質量比納米多孔二氧化硅凝聚物1 紅外遮光劑0. 1-0. 3 增強纖維氈0.5-3 增強纖維紙 0. 1-0. 3 配比。
2.如權利要求1所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料，其特征在于所述的增強纖維氈和增強纖維紙的材料可以為石英纖維或高硅氧纖維或玻璃纖維或者碳纖維或者硅酸鋁纖維。
3.如權利要求1或2所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料，其特征在于所述的增強纖維優(yōu)選連續(xù)纖維體，所述的連續(xù)纖維體是纖維氈、紙或纖維預制件；纖維體密度低于 0. lg/cm3。
4.一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料的制備方法，其特征在于納米多孔二氧化硅凝聚物的制備方法采用硅質原料為前驅體，分兩個步驟用酸性催化劑、堿性催化劑、常用溶劑，按照成型密度比例，通過水解、縮合反應制得凝聚物，在成凝聚物前通過浸漬工藝與纖維混合，經(jīng)過表面處理和溶劑置換工序，最后經(jīng)過超臨界流體干燥制得，具體步驟如下1)通過兩步法制備醇溶膠以正硅酸酯前驅體，加入適量溶劑混合均勻，通過兩步酸堿催化劑制得醇溶膠；2)在模具中放置纖維紙和纖維氈或纖維預制件，通過由底部滲浸工藝將醇溶膠倒入上述纖維材料；對于隔熱要求高的材料，適量添加遮光劑；3)凝聚物的老化處理纖維與溶膠復合成凝聚物后，納米顆粒結構細小，強度低，通過老化處理，凝聚物網(wǎng)絡結構繼續(xù)長大，使硅源中含有的si成分充分與水反應，達到si-o鍵飽和，使醇凝聚物表面變粗更趨于光滑，總體比表面積下降，網(wǎng)絡的孔徑分布更加均勻；4)凝聚物疏水處理；成型的醇凝聚物表面布滿-0H，吸水性強，潮濕環(huán)境下，會造成表面塌陷影響使用，通過硅氧烷化劑與凝聚物發(fā)生表面羧基反應，從而使凝聚物表面具有憎水性，反應式和結構式如下
5.如權利要求4所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料的制備方法，其特征在于所述硅質原料前驅體為正硅酸酯或多聚硅烷或硅溶膠。
6.如權利要求4所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料的制備方法，其特征在于所述正硅酸酯采用正硅酸乙酯TEOS或正硅酸甲酯TMOS或者硅酸丙酯。
7.如權利要求4所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料的制備方法，其特征在于所述的酸性催化劑為草酸、冰醋酸、鹽酸、硫酸、氫氟酸、硝酸，酸性催化劑與硅源的物質的量配比為1 6 1。
8.如權利要求4所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料的制備方法，其特征在于所述的堿性催化劑可為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、乙醇鈉、甲醇鈉，堿性催化劑與硅源的物質的量配比為1 5 1。
9.如權利要求4所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料的制備方法，其特征在于所述的常用溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇，與硅源的物質的量配比為1 3 50。
10.如權利要求4所述的一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料的制備方法，其特征在于所述的遮光劑可為TiO2、！^e2O3、炭黑或能降低紅外輻射的材料，遮光劑與硅源中硅含量物質的量之比為0.1 1 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米絕熱材料領域，具體地說是一種用于飛機黑匣子隔熱阻燃防潮材料及其制備方法，其特征在于由納米多孔二氧化硅凝聚物、紅外遮光劑、增強纖維氈、增強纖維紙組成，按照質量比納米多孔二氧化硅凝聚物1∶紅外遮光劑0.1-0.3∶增強纖維氈0.5-3∶增強纖維紙0.1-0.3配比。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，原料純度高，形成的凝聚物骨架結構好，通過使用纖維紙來增強硅凝聚物的強度，并能很好的避免凝聚物因為內部表面張力引起的外部破裂，在石油管道，機械高溫部件隔熱，能源，建筑，及防火防磁方面已有較大規(guī)模應用，本發(fā)明產品在室溫真空熱導率可達到0.001W·m-1·K-1，節(jié)能降耗。
文檔編號G07C5/00GK102181296SQ20111003670
公開日2011年9月14日 申請日期2011年2月12日 優(yōu)先權日2011年2月12日
發(fā)明者吳文婷, 曹學磊, 郝金梁 申請人:上海貝威科技有限公司