本發(fā)明涉及氣凝膠復(fù)合材料，具體涉及一種耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、氣凝膠是指通過溶膠凝膠法，通過一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成的一種納米級多孔固態(tài)材料。氣凝膠具有極高的孔隙率和極低的熱導(dǎo)率，是一種輕質(zhì)、耐高溫、高效的隔熱材料。氣凝膠在熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、吸附催化等方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，使得氣凝膠在航空航天、建筑節(jié)能、化工工業(yè)、電子電工、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、氣凝膠主要包括硅系氣凝膠、碳系氣凝膠、硫系氣凝膠、金屬系氣凝膠、金屬氧化物系氣凝膠等，目前應(yīng)用最廣泛的為硅系氣凝膠。硅系氣凝膠主要是指二氧化硅氣凝膠，二氧化硅氣凝膠采用的硅源為硅酸鈉，溶膠-凝膠過程中硅酸鈉與酸反應(yīng)生成氣凝膠，目前二氧化硅氣凝膠在制備中主要采用有機(jī)醇鹽作為原料，其中，最常用的有機(jī)醇鹽為正硅酸乙酯。

3、但是二氧化硅氣凝膠具有強(qiáng)度低、柔韌性和疏水性差的缺點(diǎn)，影響了二氧化硅氣凝膠的應(yīng)用效果。為了提高二氧化硅氣凝膠的強(qiáng)度，目前最常用的方法為向二氧化硅氣凝膠中加入陶瓷纖維，但是陶瓷纖維的加入會進(jìn)一步降低二氧化硅氣凝膠的柔韌性，還會導(dǎo)致二氧化硅氣凝膠易出現(xiàn)掉粉問題，進(jìn)一步導(dǎo)致二氧化硅氣凝膠的耐久性差，長期處于高溫下隔熱性能會發(fā)生嚴(yán)重下降；為了提高二氧化硅氣凝膠的柔韌性，目前最常用的方法為向二氧化硅氣凝膠中加入連續(xù)性好的纖維增強(qiáng)相，但是二氧化硅氣凝膠與纖維增強(qiáng)相之間的相容性差，導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度差，易出現(xiàn)掉粉問題，從而導(dǎo)致二氧化硅氣凝膠的耐久性差，長期處于高溫下隔熱性能會發(fā)生嚴(yán)重下降；為了提高二氧化硅氣凝膠的疏水性，目前最常用的方法為對二氧化硅氣凝膠進(jìn)行疏水改性，具體為使用疏水有機(jī)官能團(tuán)取代二氧化硅氣凝膠表面的親水羥基，但是引入的疏水有機(jī)官能團(tuán)在受熱后易斷裂，造成疏水性下降，進(jìn)一步導(dǎo)致疏水改性后的二氧化硅氣凝膠的耐高溫性差，長期處于高溫下疏水性能會發(fā)生嚴(yán)重下降。

4、因此，研發(fā)一種氣凝膠復(fù)合材料，強(qiáng)度高、柔韌性和疏水性好，且耐久性和耐高溫性好，是目前急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，能夠提高柔性氣凝膠復(fù)合材料的強(qiáng)度、柔韌性、疏水性、耐久性、耐高溫性。

2、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，由以下步驟組成：制備第一溶膠，制備第二溶膠，預(yù)處理，一次浸漬，二次浸漬，氣相沉積；

4、所述制備第一溶膠，由以下步驟組成：制備表面改性氧化鋁晶須懸浮液，混合；

5、所述制備表面改性氧化鋁晶須懸浮液，將氧化鋁晶須、聚山梨酯80、第一份去離子水混合后，在室溫下以100-200rpm的攪拌速度攪拌3-4h，離心，取沉淀物，使用去離子水清洗3-4次，真空烘干后，與第二份去離子水混合后，以20-25khz的頻率超聲震蕩25-35min，得到表面改性氧化鋁晶須懸浮液；

6、所述制備表面改性氧化鋁晶須懸浮液中，氧化鋁晶須、聚山梨酯80、第一份去離子水、第二份去離子水的質(zhì)量體積比為100-120g:30-35g:2200-2500ml:1200-1300ml；

7、所述氧化鋁晶須的平均長度為10μm，平均直徑為0.5μm；

8、所述制備第一溶膠的混合，將正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水混合后，在室溫下以100-200rpm的攪拌速度攪拌10-15min，加入鹽酸水溶液調(diào)節(jié)ph為3-4，攪拌2-2.5h，滴加表面改性氧化鋁晶須懸浮液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌30-40min，得到第一溶膠；

9、所述制備第一溶膠的混合中，正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水、表面改性氧化鋁晶須懸浮液的體積比為400-420:1800-2100:160-180:120-140；

10、所述鹽酸水溶液的濃度為0.1mol/l；

11、所述表面改性氧化鋁晶須懸浮液的滴加速度為4-5ml/min；

12、所述制備第二溶膠，由以下步驟組成：制備表面改性納米氧化鋁晶須懸浮液，混合；

13、所述制備表面改性納米氧化鋁晶須懸浮液，將納米氧化鋁晶須、聚山梨酯80、第一份去離子水混合后，在室溫下以100-200rpm的攪拌速度攪拌3-4h，離心，取沉淀物，使用去離子水清洗3-4次，真空烘干后，與第二份去離子水混合后，以20-25khz的頻率超聲震蕩40-50min，得到表面改性納米氧化鋁晶須懸浮液；

14、所述制備表面改性納米氧化鋁晶須懸浮液中，納米氧化鋁晶須、聚山梨酯80、第一份去離子水、第二份去離子水的質(zhì)量體積比為100-120g:45-50g:2900-3200ml:1600-1800ml；

15、所述納米氧化鋁晶須的平均長度為200nm，平均直徑為10nm；

16、所述制備第二溶膠的混合，將正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水混合后，在室溫下以100-200rpm的攪拌速度攪拌10-15min，加入鹽酸水溶液調(diào)節(jié)ph為3-4，攪拌2-2.5h，滴加表面改性納米氧化鋁晶須懸浮液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌30-40min，得到第二溶膠；

17、所述制備第二溶膠的混合中，正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水、表面改性納米氧化鋁晶須懸浮液的體積比為400-420:1800-2100:160-180:170-200；

18、所述鹽酸水溶液的濃度為0.1mol/l；

19、所述表面改性納米氧化鋁晶須懸浮液的滴加速度為5-6ml/min；

20、所述預(yù)處理，將三維氧化鋁纖維織物完全浸漬于聚乙二醇400水溶液中，在室溫下靜置4-5h，取出，使用去離子水清洗3-4次，真空烘干，得到聚乙二醇處理后的纖維織物，將聚乙二醇處理后的纖維織物、1,2-丁二醇、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、對甲苯磺酸混合后，在90-95℃下以200-300rpm的攪拌速度攪拌30-40min，在150-155℃下攪拌8-9h，取出三維氧化鋁纖維織物，使用去離子水清洗3-4次，使用無水乙醇清洗3-4次，進(jìn)行靜置，得到預(yù)處理后的三維氧化鋁纖維織物；

21、所述預(yù)處理中，聚乙二醇處理后的纖維織物、1,2-丁二醇、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、對甲苯磺酸的質(zhì)量體積比為500-520g:1500-1600ml:950-1050ml:15-20g；

22、所述聚乙二醇400水溶液的濃度為5wt%；

23、所述三維氧化鋁纖維織物中纖維體積分?jǐn)?shù)為40%；

24、所述靜置的溫度為55-60℃，壓力為1-2kpa，時間為35-40min；

25、所述一次浸漬，對預(yù)處理后的三維氧化鋁纖維織物進(jìn)行真空預(yù)處理，然后完全浸漬于加入引發(fā)劑的第一溶膠中進(jìn)行真空處理，干燥，取出并完全浸漬于無水乙醇進(jìn)行老化，取出并進(jìn)行超臨界干燥，超臨界干燥結(jié)束后將氣體放出并自然降溫至室溫，取出并進(jìn)行靜置，得到一次浸漬后的纖維織物；

26、所述一次浸漬中，所述加入引發(fā)劑的第一溶膠的制備方法為：向第一溶膠中加入氨水調(diào)節(jié)ph至6-7，得到加入引發(fā)劑的第一溶膠；

27、所述氨水的濃度為0.5-1mol/l；

28、所述真空預(yù)處理的真空壓力為-0.095mpa至-0.1mpa，時間為30-40min；

29、所述真空處理的真空壓力為-0.095mpa至-0.1mpa，時間為50-60min；

30、所述干燥的溫度為50-70℃，時間為5-8h；

31、所述老化的溫度為30-60℃，時間為48-72h，老化中每12h置換1次無水乙醇；

32、所述超臨界干燥在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行，溫度為260-280℃，壓力為8-10mpa，時間為1-3h；

33、所述靜置的溫度為600-700℃，時間為1.5-2h；

34、所述二次浸漬，對一次浸漬后的纖維織物進(jìn)行真空預(yù)處理，然后完全浸漬于加入引發(fā)劑的第二溶膠中進(jìn)行真空處理，干燥，取出并完全浸漬于無水乙醇進(jìn)行老化，取出并進(jìn)行超臨界干燥，超臨界干燥結(jié)束后將氣體放出并自然降溫至室溫，取出并進(jìn)行靜置，得到一次浸漬后的纖維織物；

35、所述二次浸漬中，所述加入引發(fā)劑的第二溶膠的制備方法為：向第一溶膠中加入氨水調(diào)節(jié)ph至6-7，得到加入引發(fā)劑的第二溶膠；

36、所述氨水的濃度為0.5-1mol/l；

37、所述真空預(yù)處理的真空壓力為-0.095mpa至-0.1mpa，時間為30-40min；

38、所述真空處理的真空壓力為-0.095mpa至-0.1mpa，時間為70-80min；

39、所述干燥的溫度為60-70℃，時間為5-8h；

40、所述老化的溫度為30-60℃，時間為48-72h，老化中每12h置換1次無水乙醇；

41、所述超臨界干燥在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行，溫度為260-280℃，壓力為8-10mpa，時間為1-3h；

42、所述靜置的溫度為600-700℃，時間為2-3h；

43、所述氣相沉積，對二次浸漬后的纖維織物加入化學(xué)氣相沉積爐中，抽真空，升溫至800-1000℃，向反應(yīng)室中通入bcl3、nh3、h2、ar，給氣30-40min，得到耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料；

44、所述氣相沉積中，升溫至800-1000℃的升溫速度為25-30℃/min；

45、所述bcl3的通入速度為0.8-1.2l/min，所述nh3的通入速度為3.2-4.8l/min，所述h2的通入速度為5l/min，所述ar的通入速度為5l/min。

46、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

47、（1）本發(fā)明的耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，能夠提高柔性氣凝膠復(fù)合材料的強(qiáng)度和柔韌性，制備的柔性氣凝膠復(fù)合材料在10%壓縮量時的抗壓強(qiáng)度為1.47-1.53mpa，抗拉強(qiáng)度為1.19-1.24mpa；

48、（2）本發(fā)明的耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，能夠提高柔性氣凝膠復(fù)合材料的疏水性，制備的柔性氣凝膠復(fù)合材料的常溫潤濕角為148.0-149.5°；

49、（3）本發(fā)明的耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，能夠提高柔性氣凝膠復(fù)合材料的耐久性，制備的柔性氣凝膠復(fù)合材料在800℃下處理2h后的常溫潤濕角為145.1-145.6°；

50、（4）本發(fā)明的耐800℃疏水性能可重復(fù)使用的柔性氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，能夠提高柔性氣凝膠復(fù)合材料的耐高溫性，制備的柔性氣凝膠復(fù)合材料的常溫導(dǎo)熱系數(shù)為0.024-0.025w/m·k，800℃下導(dǎo)熱系數(shù)為0.032-0.034w/m·k，在800℃下處理2h后的常溫導(dǎo)熱系數(shù)為0.026-0.029w/m·k。