气凝胶隔热材料及其制备方法与冰箱的制作方法
气凝胶隔热材料及其制备方法与冰箱的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隔热材料技术领域，尤其涉及一种气凝胶隔热材料及其制备方法与冰 箱。
【背景技术】
[0002] 传统家用冰箱为了达到保温效果，大多采用硬质聚氨酯发泡技术在冰箱的门体 和箱体中发泡得到聚氨酯泡沫塑料，该聚氨酯泡沫塑料的导热系数约为〇. 03~0. 037w/ (m · k)，主要通过增加门体和箱体壁厚来减少冰箱与外面空气的导热。
[0003] 然而，传统聚氨酯泡沫塑料大多采用物理发泡剂进行发泡，如氟氯烃 (Chlorof luorocarbons, CFCs)化合物和环戊烧等发泡剂。由于CFCs物质会破坏臭氧层，环 戊烷大量挥发后易发生爆炸和发泡技术复杂等缺陷，因此该聚氨酯材料作为冰箱隔热材料 具有不环保，发泡技术较为复杂和成本较高的缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种气凝胶隔热材料，旨在解决现有的聚氨酯材料作 为冰箱隔热材料不环保，发泡技术复杂和成本较高的技术问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种气凝胶隔热材料，所述气凝胶隔热材料包括按 重量百分比计的组分如下：
[0006] 二氧化硅气凝胶 95%~99. 9%;
[0007] 碳纤维 0.1 %~5%。
[0008] 优选地，所述气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组分如下：
[0009] 二氧化硅气凝胶 99%~99. 8%;
[0010] 碳纤维 0.2%~1%。
[0011] 此外，为实现上述目的，本发明还提供一种气凝胶隔热材料的制备方法，所述气凝 胶隔热材料的制备方法包括步骤如下：
[0012] 步骤一、制备二氧化硅溶胶；
[0013] 步骤二、在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，均匀分散所述碳纤维，并制得湿凝 胶；
[0014] 步骤三、对所述湿凝胶进行依次进行陈化、老化、溶剂置换、表面改性和浸泡处理， 制得二氧化硅凝胶；
[0015] 步骤四、干燥所述二氧化硅凝胶，除去溶剂，制得所述气凝胶隔热材料；
[0016] 所述步骤一至步骤三中硅元素质量与所述碳纤维的比重按照设定比重加入，以使 得所述气凝胶隔热材料中的二氧化硅气凝胶和碳纤维按照上述的比重。
[0017] 优选地，所述步骤一具体包括步骤如下：
[0018] 将摩尔比为I :7 :1 :10-5的正硅酸乙酯/无水乙醇/水/盐酸混合、搅拌、静置形 成溶液；
[0019] 在所述溶液中加入二甲基甲酰胺并搅拌，然后加入蒸馏水并搅拌，最后加入氨水 并搅拌，静置得到所述二氧化硅溶胶。
[0020] 优选地，所述搅拌的时间均为30min，所述静置形成溶液的静置时间为24h。
[0021] 优选地，所述步骤二具体包括步骤如下：
[0022] 在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，并搅拌分散所述碳纤维；
[0023] 将分散有所述碳纤维的二氧化硅溶胶密封静置得到所述湿凝胶。
[0024] 优选地，所述步骤三具体包括步骤如下：
[0025] 在常温常压下陈化所述湿凝胶；
[0026] 在陈化后的湿凝胶中加入体积比为1:4的水/乙醇混合液进行第一次老化，并再 次加入体积比为1:4的正硅酸乙酯/无水乙醇混合液进行第二次老化，制得老化液；
[0027] 在所述老化液中加入异丙醇进行第一溶剂置换，然后依次加入体积比为1:3的正 己烷/异丙醇混合液、体积比为1:1的正己烷/异丙醇混合液、体积比为3:1的正己烷/异 丙醇混合液及正己烷进行第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶 剂置换，制得置换液；
[0028] 在所述置换液中加入体积比为1:9的三甲基氯硅烷/正己烷混合液进行表面改 性；
[0029] 将表面改性后的置换液倒入正己烷中浸泡，制得所述二氧化硅凝胶。
[0030] 优选地，所述陈化的时间为48h，所述第一次老化的时间为12h，所述第二次老化 的时间为24h，所述第一次溶剂置换、第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和 第五次溶剂置换的时间均为12h，所述浸泡的时间为24h。
[0031] 优选地，在所述步骤四中，所述干燥的温度为60°C，所述干燥的时间为18h。
[0032] 此外，为实现上述目的，本发明还提供一种冰箱，所述冰箱包括保温板，所述保温 板由上述的气凝胶隔热材料制成。
[0033] 本发明气凝胶隔热材料无需使用发泡剂，其更为环保和安全，且其成本较聚氨酯 发泡技术制备的聚氨酯隔热材料低；另外，该气凝胶隔热材料具有优异的隔热性能，其导热 系数为〇. 0206~0. 0226wAm ·!〇,提高了冰箱的保温性能，从而达到节能的效果，其性能明 显优于传统保温板的性能，在冰箱上具有巨大的应用潜力。
[0034] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
【具体实施方式】
[0035] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036] 本发明提供一种气凝胶隔热材料，在一较佳实施例中，该气凝胶隔热材料包括按 重量百分比计的组分如下：
[0037] 二氧化硅气凝胶 95%~99. 9%;
[0038] 碳纤维 0.1 %~5%。
[0039] 该较佳实施例的气凝胶隔热材料无需使用发泡剂，其更为环保和安全，且其成 本低；另外，该气凝胶隔热材料具有优异的隔热性能，其导热系数为〇. 0206~0. 0226w/ (m · k)，提高了冰箱的保温性能，从而达到节能的效果。
[0040] 在一优选实施例中，该气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组分如下：
[0041] 二氧化硅气凝胶 99%~99. 8%;
[0042] 碳纤维 0.2%~1%。
[0043] 该优选实施例的气凝胶隔热材料在10%和50%形变下的抗拉强度分别为到 0. 220MPa和I. 260MPa，其抗拉强度优异；有效导热系数为0. 0226W · πΓ1 · Γ1，其隔热性能优 异。
[0044] 参照如下表一至表三，表一为本发明气凝胶隔热材料不同碳纤维用量的抗拉强 度；表二为本发明气凝胶隔热材料不同碳纤维用量的有效导热系数；表三为不同冰箱保温 板材的导热系数。
[0045] 表一
[0046]
[0047] 表一为气凝胶隔热材料在10%和50%形变下的抗拉强度，分析可知，气凝胶隔热 材料在加入碳纤维后抗拉强度明显提高，随着碳纤维含量的增加，复合材料的抗拉强度逐 渐增大。从表中可以看出，纯气凝胶在10 %和50 %形变下的抗拉强度分别为0.08 IMPa和 0. 710MPa，而添加 lwt%碳纤维后，气凝胶隔热材料在10%和50%形变下的抗拉强度增大 到0. 220MPa和I. 260MPa，分别为纯气凝胶的2. 7和1. 8倍，因此碳纤维的加入对于气凝胶 增强具有明显的效果。
[0048] 表二
[0049]
[0050] 表二为气凝胶隔热材料在常温下的有效导热系数，纯气凝胶的有效导热系 数为0. 0214W · πΓ1 · Γ1，加入0. 2wt %碳纤维后，气凝胶隔热材料的有效导热系数为 0. 0206W · πΓ1 · Γ1;气凝胶隔热材料的有效导热系数随着碳纤维含量的增加而增大，当碳纤 维含量增大到lwt%时，其有效导热系数为0. 0226W · πΓ1 · Γ1，高于纯气凝胶的有效导热系 数，即其隔热性能较纯气凝胶差，但仍具有超级隔热性能（即低于同温度下空气的导热系 数 0· 0234W · π Γ1 · Γ1)。
[0051] 表三
[0052]
[0053] 通过对比表三中的冰箱保温板材，可以发现，碳纤维增强SiO2气凝胶隔热材料的 导热系数远低于传统冰箱的保温材料，可以达到节能的效果，其性能明显优于传统保温板 的性能，在冰箱上具有巨大的应用潜力。
[0054] 本发明还提供一种气凝胶隔热材料的制备方法，在一较佳实施例中，该气凝胶隔 热材料的制备方法包括步骤如下：
[0055] 步骤一、制备二氧化硅溶胶；
[0056] 具体地，将摩尔比为I :7 :1 :KT5的正硅酸乙酯/无水乙醇/水/盐酸混合于锥形 瓶中，室温下磁力搅拌器搅拌30min，然后静置24h得到溶液；
[0057] 在溶液中依次加入二甲基甲酰胺/蒸馏水/氨水，每次搅拌30min，静置得到二氧 化硅溶胶。
[0058] 步骤二、在该二氧化硅溶胶中加入碳纤维，均匀分散碳纤维，并制得湿凝胶；
[0059] 具体地，在该二氧化硅溶胶中加入碳纤维，采用超声波搅拌使碳纤维分散到该二 氧化硅溶胶中；
[0060] 待该二氧化硅溶胶将要凝胶时迅速倒入模具中密封静置得到湿凝胶。
[0061] 步骤三、将该湿凝胶依次进行陈化、老化、溶剂置换、表面改性和浸泡处理，制得二 氧化硅凝胶；
[0062] 具体地，在常压常温下陈化该湿凝胶48h ;
[0063] 然后，加入水体积分数为20%的水/乙醇混合液第一次老化12h，并加入正硅酸乙 酯体积分数为20%的正硅酸乙酯/乙醇混合液第二次老化24h，制得老化液；
[0064] 在该老化液中加入异丙醇进行第一次溶剂置换12h，然后依次加入正己烷体积分 数为25%的正己烷/异丙醇混合液、正己烷体积分数为50%的正己烷/异丙醇混合液、正 己烷体积分数为75%的正己烷/异丙醇混合液及正己烷溶液进行第二次溶剂置换、第三次 溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶剂置换，每次置换时间均为12h，制得置换液；
[0065] 在该置换液中加入三甲基氯硅烷体积分数为10%的三甲基氯硅烷/正己烷混合 液进行表面改性，以提高碳纤维的相容性；
[0066] 然后将表面改性的置换液倒入正己烷中浸泡24h，制得二氧化硅凝胶。
[0067] 步骤四、干燥该二氧化硅凝胶，除去溶剂，制得如上所述的气凝胶隔热材料；
[0068] 具体地，将该二氧化硅凝胶置于60°C干燥箱中干燥18h，即可得到碳纤维增强SiO2 气凝胶隔热材料。
[0069] 其中，上述步骤一至步骤三中硅元素质量与所述碳纤维的比重按照设定比重加 入，以使得气凝胶隔热材料中的二氧化硅气凝胶和碳纤维按照如上所述的比重。
[0070] 该较佳实施例的制备方法采用溶胶-凝胶和常压干燥工序，制备条件简单，制备 过程不会产生易燃易爆气体，且不会对环境造成破坏，环保安全。
[0071] 本发明还提供一种冰箱，在一较佳实施例中，该冰箱包括保温板，该保温板由如上 所述的气凝胶隔热材料制成。
[0072] 该冰箱的保温板采用的气凝胶隔热材料，无需使用发泡剂，该冰箱的门体和箱体 更为环保和安全，且比较采用聚氨酯发泡材料的冰箱，其成本较低；另外，由于该气凝胶隔 热材料具有优异的隔热性能，其导热系数为〇. 0206~0. 0226wAm · k)，提高了冰箱的保温 性能，从而达到节能的效果。
[0073] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组 分如下： 二氧化硅气凝胶 95 %~99. 9 % ; 碳纤维 0.1 %~5%。2. 如权利要求1所述的气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶隔热材料包括按重 量百分比计的组分如下： 二氧化硅气凝胶 99 %~99. 8 % ; 碳纤维 0. 2%~1%。3. -种气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述气凝胶隔热材料的制备方法包 括步骤如下： 步骤一、制备二氧化硅溶胶； 步骤二、在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，均匀分散所述碳纤维，并制得湿凝胶； 步骤三、对所述湿凝胶进行依次进行陈化、老化、溶剂置换、表面改性和浸泡处理，制得 二氧化硅凝胶； 步骤四、干燥所述二氧化硅凝胶，除去溶剂，制得所述气凝胶隔热材料； 所述步骤一至步骤三中硅元素质量与所述碳纤维的比重按照设定比重加入，以使得所 述气凝胶隔热材料中的二氧化硅气凝胶和碳纤维按照权利要求1或2中的比重。4. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体包 括步骤如下： 将摩尔比为I:7 :1 :1(T5的正硅酸乙酯/无水乙醇/水/盐酸混合、搅拌、静置形成溶 液； 在所述溶液中加入二甲基甲酰胺并搅拌，然后加入蒸馏水并搅拌，最后加入氨水并搅 拌，静置得到所述二氧化硅溶胶。5. 如权利要求4所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间均 为30min，所述静置形成溶液的静置时间为24h。6. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二具体包 括步骤如下： 在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，并搅拌分散所述碳纤维； 将分散有所述碳纤维的二氧化硅溶胶密封静置得到所述湿凝胶。7. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三具体包 括步骤如下： 在常温常压下陈化所述湿凝胶； 在陈化后的湿凝胶中加入体积比为1:4的水/乙醇混合液进行第一次老化，并再次加 入体积比为1:4的正硅酸乙酯/无水乙醇混合液进行第二次老化，制得老化液； 在所述老化液中加入异丙醇进行第一溶剂置换，然后依次加入体积比为1:3的正己烷 /异丙醇混合液、体积比为1:1的正己烷/异丙醇混合液、体积比为3:1的正己烷/异丙醇 混合液及正己烷进行第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶剂置 换，制得置换液； 在所述置换液中加入体积比为1:9的三甲基氯硅烷/正己烷混合液进行表面改性； 将表面改性后的置换液倒入正己烷中浸泡，制得所述二氧化硅凝胶。8. 如权利要求7所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述陈化的时间为 48h，所述第一次老化的时间为12h，所述第二次老化的时间为24h，所述第一次溶剂置换、 第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶剂置换的时间均为12h，所 述浸泡的时间为24h。9. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，所 述干燥的温度为60°C，所述干燥的时间为18h。10. -种冰箱，包括保温板，其特征在于，所述保温板由权利要求1或2所述的气凝胶隔 热材料制成。
【专利摘要】本发明公开了一种气凝胶隔热材料，所述气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组分：二氧化硅气凝胶95％～99.9％；碳纤维0.1％～5％。本发明还公开了一种气凝胶隔热材料的制备方法以及冰箱。本发明气凝胶隔热材料无需使用发泡剂，其更为环保和安全，且其成本低；另外，该气凝胶隔热材料具有优异的隔热性能，其导热系数为0.0206～0.0226w/(m·k)，提高了冰箱的保温性能，从而达到节能的效果，且其性能明显优于传统保温板的性能，在冰箱上具有巨大的应用潜力。
【IPC分类】C04B14/38, C04B28/24
【公开号】CN104891934
【申请号】CN201510238022
【发明人】徐元
【申请人】合肥华凌股份有限公司, 美的集团股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月11日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隔热材料技术领域，尤其涉及一种气凝胶隔热材料及其制备方法与冰 箱。
【背景技术】
[0002] 传统家用冰箱为了达到保温效果，大多采用硬质聚氨酯发泡技术在冰箱的门体 和箱体中发泡得到聚氨酯泡沫塑料，该聚氨酯泡沫塑料的导热系数约为〇. 03~0. 037w/ (m · k)，主要通过增加门体和箱体壁厚来减少冰箱与外面空气的导热。
[0003] 然而，传统聚氨酯泡沫塑料大多采用物理发泡剂进行发泡，如氟氯烃 (Chlorof luorocarbons, CFCs)化合物和环戊烧等发泡剂。由于CFCs物质会破坏臭氧层，环 戊烷大量挥发后易发生爆炸和发泡技术复杂等缺陷，因此该聚氨酯材料作为冰箱隔热材料 具有不环保，发泡技术较为复杂和成本较高的缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种气凝胶隔热材料，旨在解决现有的聚氨酯材料作 为冰箱隔热材料不环保，发泡技术复杂和成本较高的技术问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种气凝胶隔热材料，所述气凝胶隔热材料包括按 重量百分比计的组分如下：
[0006] 二氧化硅气凝胶 95%~99. 9%;
[0007] 碳纤维 0.1 %~5%。
[0008] 优选地，所述气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组分如下：
[0009] 二氧化硅气凝胶 99%~99. 8%;
[0010] 碳纤维 0.2%~1%。
[0011] 此外，为实现上述目的，本发明还提供一种气凝胶隔热材料的制备方法，所述气凝 胶隔热材料的制备方法包括步骤如下：
[0012] 步骤一、制备二氧化硅溶胶；
[0013] 步骤二、在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，均匀分散所述碳纤维，并制得湿凝 胶；
[0014] 步骤三、对所述湿凝胶进行依次进行陈化、老化、溶剂置换、表面改性和浸泡处理， 制得二氧化硅凝胶；
[0015] 步骤四、干燥所述二氧化硅凝胶，除去溶剂，制得所述气凝胶隔热材料；
[0016] 所述步骤一至步骤三中硅元素质量与所述碳纤维的比重按照设定比重加入，以使 得所述气凝胶隔热材料中的二氧化硅气凝胶和碳纤维按照上述的比重。
[0017] 优选地，所述步骤一具体包括步骤如下：
[0018] 将摩尔比为I :7 :1 :10-5的正硅酸乙酯/无水乙醇/水/盐酸混合、搅拌、静置形 成溶液；
[0019] 在所述溶液中加入二甲基甲酰胺并搅拌，然后加入蒸馏水并搅拌，最后加入氨水 并搅拌，静置得到所述二氧化硅溶胶。
[0020] 优选地，所述搅拌的时间均为30min，所述静置形成溶液的静置时间为24h。
[0021] 优选地，所述步骤二具体包括步骤如下：
[0022] 在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，并搅拌分散所述碳纤维；
[0023] 将分散有所述碳纤维的二氧化硅溶胶密封静置得到所述湿凝胶。
[0024] 优选地，所述步骤三具体包括步骤如下：
[0025] 在常温常压下陈化所述湿凝胶；
[0026] 在陈化后的湿凝胶中加入体积比为1:4的水/乙醇混合液进行第一次老化，并再 次加入体积比为1:4的正硅酸乙酯/无水乙醇混合液进行第二次老化，制得老化液；
[0027] 在所述老化液中加入异丙醇进行第一溶剂置换，然后依次加入体积比为1:3的正 己烷/异丙醇混合液、体积比为1:1的正己烷/异丙醇混合液、体积比为3:1的正己烷/异 丙醇混合液及正己烷进行第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶 剂置换，制得置换液；
[0028] 在所述置换液中加入体积比为1:9的三甲基氯硅烷/正己烷混合液进行表面改 性；
[0029] 将表面改性后的置换液倒入正己烷中浸泡，制得所述二氧化硅凝胶。
[0030] 优选地，所述陈化的时间为48h，所述第一次老化的时间为12h，所述第二次老化 的时间为24h，所述第一次溶剂置换、第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和 第五次溶剂置换的时间均为12h，所述浸泡的时间为24h。
[0031] 优选地，在所述步骤四中，所述干燥的温度为60°C，所述干燥的时间为18h。
[0032] 此外，为实现上述目的，本发明还提供一种冰箱，所述冰箱包括保温板，所述保温 板由上述的气凝胶隔热材料制成。
[0033] 本发明气凝胶隔热材料无需使用发泡剂，其更为环保和安全，且其成本较聚氨酯 发泡技术制备的聚氨酯隔热材料低；另外，该气凝胶隔热材料具有优异的隔热性能，其导热 系数为〇. 0206~0. 0226wAm ·!〇,提高了冰箱的保温性能，从而达到节能的效果，其性能明 显优于传统保温板的性能，在冰箱上具有巨大的应用潜力。
[0034] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
【具体实施方式】
[0035] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036] 本发明提供一种气凝胶隔热材料，在一较佳实施例中，该气凝胶隔热材料包括按 重量百分比计的组分如下：
[0037] 二氧化硅气凝胶 95%~99. 9%;
[0038] 碳纤维 0.1 %~5%。
[0039] 该较佳实施例的气凝胶隔热材料无需使用发泡剂，其更为环保和安全，且其成 本低；另外，该气凝胶隔热材料具有优异的隔热性能，其导热系数为〇. 0206~0. 0226w/ (m · k)，提高了冰箱的保温性能，从而达到节能的效果。
[0040] 在一优选实施例中，该气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组分如下：
[0041] 二氧化硅气凝胶 99%~99. 8%;
[0042] 碳纤维 0.2%~1%。
[0043] 该优选实施例的气凝胶隔热材料在10%和50%形变下的抗拉强度分别为到 0. 220MPa和I. 260MPa，其抗拉强度优异；有效导热系数为0. 0226W · πΓ1 · Γ1，其隔热性能优 异。
[0044] 参照如下表一至表三，表一为本发明气凝胶隔热材料不同碳纤维用量的抗拉强 度；表二为本发明气凝胶隔热材料不同碳纤维用量的有效导热系数；表三为不同冰箱保温 板材的导热系数。
[0045] 表一
[0046]
[0047] 表一为气凝胶隔热材料在10%和50%形变下的抗拉强度，分析可知，气凝胶隔热 材料在加入碳纤维后抗拉强度明显提高，随着碳纤维含量的增加，复合材料的抗拉强度逐 渐增大。从表中可以看出，纯气凝胶在10 %和50 %形变下的抗拉强度分别为0.08 IMPa和 0. 710MPa，而添加 lwt%碳纤维后，气凝胶隔热材料在10%和50%形变下的抗拉强度增大 到0. 220MPa和I. 260MPa，分别为纯气凝胶的2. 7和1. 8倍，因此碳纤维的加入对于气凝胶 增强具有明显的效果。
[0048] 表二
[0049]
[0050] 表二为气凝胶隔热材料在常温下的有效导热系数，纯气凝胶的有效导热系 数为0. 0214W · πΓ1 · Γ1，加入0. 2wt %碳纤维后，气凝胶隔热材料的有效导热系数为 0. 0206W · πΓ1 · Γ1;气凝胶隔热材料的有效导热系数随着碳纤维含量的增加而增大，当碳纤 维含量增大到lwt%时，其有效导热系数为0. 0226W · πΓ1 · Γ1，高于纯气凝胶的有效导热系 数，即其隔热性能较纯气凝胶差，但仍具有超级隔热性能（即低于同温度下空气的导热系 数 0· 0234W · π Γ1 · Γ1)。
[0051] 表三
[0052]
[0053] 通过对比表三中的冰箱保温板材，可以发现，碳纤维增强SiO2气凝胶隔热材料的 导热系数远低于传统冰箱的保温材料，可以达到节能的效果，其性能明显优于传统保温板 的性能，在冰箱上具有巨大的应用潜力。
[0054] 本发明还提供一种气凝胶隔热材料的制备方法，在一较佳实施例中，该气凝胶隔 热材料的制备方法包括步骤如下：
[0055] 步骤一、制备二氧化硅溶胶；
[0056] 具体地，将摩尔比为I :7 :1 :KT5的正硅酸乙酯/无水乙醇/水/盐酸混合于锥形 瓶中，室温下磁力搅拌器搅拌30min，然后静置24h得到溶液；
[0057] 在溶液中依次加入二甲基甲酰胺/蒸馏水/氨水，每次搅拌30min，静置得到二氧 化硅溶胶。
[0058] 步骤二、在该二氧化硅溶胶中加入碳纤维，均匀分散碳纤维，并制得湿凝胶；
[0059] 具体地，在该二氧化硅溶胶中加入碳纤维，采用超声波搅拌使碳纤维分散到该二 氧化硅溶胶中；
[0060] 待该二氧化硅溶胶将要凝胶时迅速倒入模具中密封静置得到湿凝胶。
[0061] 步骤三、将该湿凝胶依次进行陈化、老化、溶剂置换、表面改性和浸泡处理，制得二 氧化硅凝胶；
[0062] 具体地，在常压常温下陈化该湿凝胶48h ;
[0063] 然后，加入水体积分数为20%的水/乙醇混合液第一次老化12h，并加入正硅酸乙 酯体积分数为20%的正硅酸乙酯/乙醇混合液第二次老化24h，制得老化液；
[0064] 在该老化液中加入异丙醇进行第一次溶剂置换12h，然后依次加入正己烷体积分 数为25%的正己烷/异丙醇混合液、正己烷体积分数为50%的正己烷/异丙醇混合液、正 己烷体积分数为75%的正己烷/异丙醇混合液及正己烷溶液进行第二次溶剂置换、第三次 溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶剂置换，每次置换时间均为12h，制得置换液；
[0065] 在该置换液中加入三甲基氯硅烷体积分数为10%的三甲基氯硅烷/正己烷混合 液进行表面改性，以提高碳纤维的相容性；
[0066] 然后将表面改性的置换液倒入正己烷中浸泡24h，制得二氧化硅凝胶。
[0067] 步骤四、干燥该二氧化硅凝胶，除去溶剂，制得如上所述的气凝胶隔热材料；
[0068] 具体地，将该二氧化硅凝胶置于60°C干燥箱中干燥18h，即可得到碳纤维增强SiO2 气凝胶隔热材料。
[0069] 其中，上述步骤一至步骤三中硅元素质量与所述碳纤维的比重按照设定比重加 入，以使得气凝胶隔热材料中的二氧化硅气凝胶和碳纤维按照如上所述的比重。
[0070] 该较佳实施例的制备方法采用溶胶-凝胶和常压干燥工序，制备条件简单，制备 过程不会产生易燃易爆气体，且不会对环境造成破坏，环保安全。
[0071] 本发明还提供一种冰箱，在一较佳实施例中，该冰箱包括保温板，该保温板由如上 所述的气凝胶隔热材料制成。
[0072] 该冰箱的保温板采用的气凝胶隔热材料，无需使用发泡剂，该冰箱的门体和箱体 更为环保和安全，且比较采用聚氨酯发泡材料的冰箱，其成本较低；另外，由于该气凝胶隔 热材料具有优异的隔热性能，其导热系数为〇. 0206~0. 0226wAm · k)，提高了冰箱的保温 性能，从而达到节能的效果。
[0073] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组 分如下： 二氧化硅气凝胶 95 %~99. 9 % ; 碳纤维 0.1 %~5%。2. 如权利要求1所述的气凝胶隔热材料，其特征在于，所述气凝胶隔热材料包括按重 量百分比计的组分如下： 二氧化硅气凝胶 99 %~99. 8 % ; 碳纤维 0. 2%~1%。3. -种气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述气凝胶隔热材料的制备方法包 括步骤如下： 步骤一、制备二氧化硅溶胶； 步骤二、在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，均匀分散所述碳纤维，并制得湿凝胶； 步骤三、对所述湿凝胶进行依次进行陈化、老化、溶剂置换、表面改性和浸泡处理，制得 二氧化硅凝胶； 步骤四、干燥所述二氧化硅凝胶，除去溶剂，制得所述气凝胶隔热材料； 所述步骤一至步骤三中硅元素质量与所述碳纤维的比重按照设定比重加入，以使得所 述气凝胶隔热材料中的二氧化硅气凝胶和碳纤维按照权利要求1或2中的比重。4. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体包 括步骤如下： 将摩尔比为I:7 :1 :1(T5的正硅酸乙酯/无水乙醇/水/盐酸混合、搅拌、静置形成溶 液； 在所述溶液中加入二甲基甲酰胺并搅拌，然后加入蒸馏水并搅拌，最后加入氨水并搅 拌，静置得到所述二氧化硅溶胶。5. 如权利要求4所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间均 为30min，所述静置形成溶液的静置时间为24h。6. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二具体包 括步骤如下： 在所述二氧化硅溶胶中加入碳纤维，并搅拌分散所述碳纤维； 将分散有所述碳纤维的二氧化硅溶胶密封静置得到所述湿凝胶。7. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三具体包 括步骤如下： 在常温常压下陈化所述湿凝胶； 在陈化后的湿凝胶中加入体积比为1:4的水/乙醇混合液进行第一次老化，并再次加 入体积比为1:4的正硅酸乙酯/无水乙醇混合液进行第二次老化，制得老化液； 在所述老化液中加入异丙醇进行第一溶剂置换，然后依次加入体积比为1:3的正己烷 /异丙醇混合液、体积比为1:1的正己烷/异丙醇混合液、体积比为3:1的正己烷/异丙醇 混合液及正己烷进行第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶剂置 换，制得置换液； 在所述置换液中加入体积比为1:9的三甲基氯硅烷/正己烷混合液进行表面改性； 将表面改性后的置换液倒入正己烷中浸泡，制得所述二氧化硅凝胶。8. 如权利要求7所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，所述陈化的时间为 48h，所述第一次老化的时间为12h，所述第二次老化的时间为24h，所述第一次溶剂置换、 第二次溶剂置换、第三次溶剂置换、第四次溶剂置换和第五次溶剂置换的时间均为12h，所 述浸泡的时间为24h。9. 如权利要求3所述的气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，所 述干燥的温度为60°C，所述干燥的时间为18h。10. -种冰箱，包括保温板，其特征在于，所述保温板由权利要求1或2所述的气凝胶隔 热材料制成。
【专利摘要】本发明公开了一种气凝胶隔热材料，所述气凝胶隔热材料包括按重量百分比计的组分：二氧化硅气凝胶95％～99.9％；碳纤维0.1％～5％。本发明还公开了一种气凝胶隔热材料的制备方法以及冰箱。本发明气凝胶隔热材料无需使用发泡剂，其更为环保和安全，且其成本低；另外，该气凝胶隔热材料具有优异的隔热性能，其导热系数为0.0206～0.0226w/(m·k)，提高了冰箱的保温性能，从而达到节能的效果，且其性能明显优于传统保温板的性能，在冰箱上具有巨大的应用潜力。
【IPC分类】C04B14/38, C04B28/24
【公开号】CN104891934
【申请号】CN201510238022
【发明人】徐元
【申请人】合肥华凌股份有限公司, 美的集团股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月11日
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