[0001] 本发明涉及建筑保温隔热材料领域，具体涉及一种纳米二氧化硅微孔绝热板及其制备方法。

[0002] 纳米微孔隔热板是近两年发展起来的一种高效隔热材料，是基于纳米微孔材料良好的隔热性能研制而成的，其主要成分是气相二氧化硅、碳化硅、纤维和结合剂等原料，纯气相二氧化硅存在强度较低的缺陷，导致产品抗压能力不足，在承重应用时容易发生变形破损，通过增加纤维用量可以在一定程度上提高纳米微孔隔热板的抗压能力，然而目前纳米微孔隔热板使用的纤维多为玻璃纤维或氧化铝纤维，由于纤维本身的性质，导致其加入量过多会影响纳米微孔隔热板的隔热性能，而常见的结合剂酚醛树脂，其在高温条件下会出现收缩失能，进而导致纳米微孔隔热板出现开裂情况，从而使得纳米微孔隔热板力学性能下降。

[0003] 随着产品要求的不断提升，目前常规的纳米微孔隔热板的性能已经逐渐不能满足市场需求，因此需要一种具有良好抗压能力和绝热性能，并其能在高温条件下保持良好力学性能的纳米微孔隔热板。

[0006] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0007] 实施例1 一种纳米二氧化硅微孔绝热板的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：称取如下重量份原料：22份TS610气相二氧化硅、4份市售500目微孔硅酸钙、4份市售500目碳化硅、6份复合陶瓷纤维和1份复合结合剂；步骤S2：将气相二氧化硅、高比表面积微孔硅酸钙、碳化硅和复合陶瓷纤维混合，在搅拌速率为800rpm，搅拌20min，再加入复合结合剂继续搅拌10min，再将其送入液压机中，在压力为5MPa条件下，保压1h，再在温度为130℃条件下干燥4h，制得纳米二氧化硅微孔绝热板；
所述复合陶瓷纤维通过如下步骤制得：
步骤A1：将市售IOTA‑233苯基聚硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和四甲基氢氧化铵硅醇盐混合，在搅拌速率为300rpm，温度为120℃条件下，搅拌并加入1,3‑双（3‑氨基丙基）‑1,
1,3,3‑四甲基二硅氧烷，反应2h，再升温至175℃，继续反应4h，制得硅氧烷扩链剂，将市售鑫宇宏硅氮烷低聚物和硅氧烷扩链剂混合，在氮气保护，搅拌速率为120‑180rpm，温度为
160℃条件下，反应4h，制得改性聚硅氧烷；
苯基聚硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、四甲基氢氧化铵硅醇盐和1,3‑双（3‑氨基丙基）‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷用量比为1g：1.2mol：2g：1mol，硅氮烷低聚物和硅氧烷扩链剂用量比为25g：1g；
步骤A2：将改性聚硅氮烷送入熔融纺丝机中并进行熔融纺丝，纺丝温度为200℃，
2
再采用紫外辐照的方法对其进行不熔化处理，紫外波长为254nm，紫外强度为110μW/cm 条件下，照射20h，制得改性聚硅氮烷纤维，再将改性聚硅氮烷纤维送入管式炉中，在氮气保护，温度为1200℃条件下，保温2h，制得硅氮陶瓷纤维；
步骤A3：将五氧化二钒和无水乙醇混合，球磨10min，再加入硅氮陶瓷纤维、偏钨酸铵和去离子水，超声分散20min，抽滤并冷冻干燥，得到滤饼，将滤饼浸入市售KHZCM‑30硅溶胶和市售JWN‑AS‑2.5N01G铝溶胶的混合液中，真空浸渍并冷冻干燥，再将其送入烧结炉中烧结，起始温度为50℃，以5℃/min升温至1500℃，在1500℃条件下，保温2h，制得复合陶瓷纤维；
硅溶胶和铝溶胶的混合液中硅的摩尔浓度为0.35mol/L、铝的摩尔浓度为1.0mol/L，五氧化二钒、硅氮陶瓷纤维和偏钨酸铵用量比为0.8g：20g：0.4g：
所述复合结合剂通过如下步骤制得：
步骤B1：将市售腾喧化工2123酚醛树脂、1，3二溴丙烷、碳酸钾和乙腈混合，在搅拌速率为300rpm，温度为82℃条件下，反应12h，制得溴化酚醛树脂，将溴化酚醛树脂、三乙烯四胺和乙醇混合，在搅拌速率为300rpm，温度为80℃条件下，反应12h，制得胺化酚醛树脂；
酚醛树脂、1，3二溴丙烷和碳酸钾用量比为10g：0.1mol：13.5g，溴化酚醛树脂和三乙烯四胺用量比为3.4g：0.18mol；
步骤B2：将硼酸、正硅酸乙酯和无水乙醇混合，并加入盐酸溶液调节pH值为2.5，在搅拌速率为300rpm，温度为70℃条件下，反应3h，再升温至80℃，继续反应2h，制得硼硅溶胶，将胺化酚醛树脂和硼硅溶胶混合，在搅拌速率为300rpm，温度为80℃条件下，搅拌并加入硼粉，反应3h，制得复合结合剂；
盐酸溶液质量分数为37%，硼酸、正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水用量比为
0.25mol：1mol：80mL：24mL，胺化酚醛树脂、硼硅溶胶和硼粉用量比为4.2g：95mL：0.08g。

[0008] 实施例2 一种纳米二氧化硅微孔绝热板的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：称取如下重量份原料：25份TS610气相二氧化硅、5份市售500目微孔硅酸钙、5份市售500目碳化硅、6份复合陶瓷纤维和2份复合结合剂；步骤S2：将气相二氧化硅、高比表面积微孔硅酸钙、碳化硅和复合陶瓷纤维混合，在搅拌速率为800rpm，搅拌30min，再加入复合结合剂继续搅拌5min，再将其送入液压机中，在压力为5MPa条件下，保压1h，再在温度为130℃条件下干燥4h，制得纳米二氧化硅微孔绝热板；
所述复合陶瓷纤维通过如下步骤制得：
步骤A1：将市售IOTA‑233苯基聚硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和四甲基氢氧化铵硅醇盐混合，在搅拌速率为400rpm，温度为120℃条件下，搅拌并加入1,3‑双（3‑氨基丙基）‑1,
1,3,3‑四甲基二硅氧烷，反应2h，再升温至175℃，继续反应4h，制得硅氧烷扩链剂，将市售鑫宇宏硅氮烷低聚物和硅氧烷扩链剂混合，在氮气保护，搅拌速率为180rpm，温度为160℃条件下，反应4h，制得改性聚硅氧烷；
苯基聚硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、四甲基氢氧化铵硅醇盐和1,3‑双（3‑氨基丙基）‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷用量比为1.2g：1.2mol：2g：1mol，硅氮烷低聚物和硅氧烷扩链剂用量比为25g：1.2g；
步骤A2：将改性聚硅氮烷送入熔融纺丝机中并进行熔融纺丝，纺丝温度为200℃，
2
再采用紫外辐照的方法对其进行不熔化处理，紫外波长为254nm，紫外强度为110μW/cm 条件下，照射20h，制得改性聚硅氮烷纤维，再将改性聚硅氮烷纤维送入管式炉中，在氮气保护，温度为1200℃条件下，保温2.5h，制得硅氮陶瓷纤维；
步骤A3：将五氧化二钒和无水乙醇混合，球磨10min，再加入硅氮陶瓷纤维、偏钨酸铵和去离子水，超声分散20min，抽滤并冷冻干燥，得到滤饼，将滤饼浸入市售KHZCM‑30硅溶胶和市售JWN‑AS‑2.5N01G铝溶胶的混合液中，真空浸渍并冷冻干燥，再将其送入烧结炉中烧结，起始温度为50℃，以5℃/min升温至1500℃，在1500℃条件下，保温2h，制得复合陶瓷纤维；
硅溶胶和铝溶胶的混合液中硅的摩尔浓度为0.35mol/L、铝的摩尔浓度为1.0mol/L，五氧化二钒、硅氮陶瓷纤维和偏钨酸铵用量比为1g：22g：0.4g：
所述复合结合剂通过如下步骤制得：
步骤B1：将市售腾喧化工2123酚醛树脂、1，3二溴丙烷、碳酸钾和乙腈混合，在搅拌速率为300rpm，温度为82℃条件下，反应12h，制得溴化酚醛树脂，将溴化酚醛树脂、三乙烯四胺和乙醇混合，在搅拌速率为400rpm，温度为80℃条件下，反应12h，制得胺化酚醛树脂；
酚醛树脂、1，3二溴丙烷和碳酸钾用量比为11g：0.1mol：13.5g，溴化酚醛树脂和三乙烯四胺用量比为3.5g：0.18mol；
步骤B2：将硼酸、正硅酸乙酯和无水乙醇混合，并加入盐酸溶液调节pH值为2.5，在搅拌速率为400rpm，温度为70℃条件下，反应3h，再升温至80℃，继续反应2h，制得硼硅溶胶，将胺化酚醛树脂和硼硅溶胶混合，在搅拌速率为300rpm，温度为80℃条件下，搅拌并加入硼粉，反应3h，制得复合结合剂；
盐酸溶液质量分数为37%，硼酸、正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水用量比为
0.25mol：1.1mol：85mL：24mL，胺化酚醛树脂、硼硅溶胶和硼粉用量比为4.5g：95mL：0.1g。

[0009] 实施例3 一种纳米二氧化硅微孔绝热板的制备方法，包括如下步骤：步骤S1：称取如下重量份原料：25份TS610气相二氧化硅、5份市售500目微孔硅酸钙、5份市售500目碳化硅、7份复合陶瓷纤维和2份复合结合剂；步骤S2：将气相二氧化硅、高比表面积微孔硅酸钙、碳化硅和复合陶瓷纤维混合，在搅拌速率为800rpm，搅拌30min，再加入复合结合剂继续搅拌10min，再将其送入液压机中，在压力为5MPa条件下，保压1h，再在温度为130℃条件下干燥4h，制得纳米二氧化硅微孔绝热板；
所述复合陶瓷纤维通过如下步骤制得：
步骤A1：将市售IOTA‑233苯基聚硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和四甲基氢氧化铵硅醇盐混合，在搅拌速率为400rpm，温度为120℃条件下，搅拌并加入1,3‑双（3‑氨基丙基）‑1,
1,3,3‑四甲基二硅氧烷，反应2h，再升温至175℃，继续反应6h，制得硅氧烷扩链剂，将市售鑫宇宏硅氮烷低聚物和硅氧烷扩链剂混合，在氮气保护，搅拌速率为180rpm，温度为160℃条件下，反应5h，制得改性聚硅氧烷；
苯基聚硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、四甲基氢氧化铵硅醇盐和1,3‑双（3‑氨基丙基）‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷用量比为1.2g：1.3mol：2.5g：1mol，硅氮烷低聚物和硅氧烷扩链剂用量比为25g：1.2g；
步骤A2：将改性聚硅氮烷送入熔融纺丝机中并进行熔融纺丝，纺丝温度为200℃，
2
再采用紫外辐照的方法对其进行不熔化处理，紫外波长为254nm，紫外强度为110μW/cm 条件下，照射20h，制得改性聚硅氮烷纤维，再将改性聚硅氮烷纤维送入管式炉中，在氮气保护，温度为1200℃条件下，保温2.5h，制得硅氮陶瓷纤维；
步骤A3：将五氧化二钒和无水乙醇混合，球磨15min，再加入硅氮陶瓷纤维、偏钨酸铵和去离子水，超声分散20min，抽滤并冷冻干燥，得到滤饼，将滤饼浸入市售KHZCM‑30硅溶胶和市售JWN‑AS‑2.5N01G铝溶胶的混合液中，真空浸渍并冷冻干燥，再将其送入烧结炉中烧结，起始温度为50℃，以5℃/min升温至1500℃，在1500℃条件下，保温2h，制得复合陶瓷纤维；
硅溶胶和铝溶胶的混合液中硅的摩尔浓度为0.35mol/L、铝的摩尔浓度为1.0mol/L，五氧化二钒、硅氮陶瓷纤维和偏钨酸铵用量比为1g：22g：0.5g：
所述复合结合剂通过如下步骤制得：
步骤B1：将市售腾喧化工2123酚醛树脂、1，3二溴丙烷、碳酸钾和乙腈混合，在搅拌速率为400rpm，温度为82℃条件下，反应12h，制得溴化酚醛树脂，将溴化酚醛树脂、三乙烯四胺和乙醇混合，在搅拌速率为400rpm，温度为80℃条件下，反应12h，制得胺化酚醛树脂；
酚醛树脂、1，3二溴丙烷和碳酸钾用量比为11g：0.11mol：14g，溴化酚醛树脂和三乙烯四胺用量比为3.5g：0.19mol；
步骤B2：将硼酸、正硅酸乙酯和无水乙醇混合，并加入盐酸溶液调节pH值为2.5，在搅拌速率为400rpm，温度为70℃条件下，反应3h，再升温至80℃，继续反应2h，制得硼硅溶胶，将胺化酚醛树脂和硼硅溶胶混合，在搅拌速率为400rpm，温度为80℃条件下，搅拌并加入硼粉，反应4h，制得复合结合剂；
盐酸溶液质量分数为37%，硼酸、正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水用量比为
0.3mol：1.1mol：85mL：28mL，胺化酚醛树脂、硼硅溶胶和硼粉用量比为4.5g：105mL：0.1g。

[0010] 对比例1 本对比例与实施例3相比，将实施例3复合陶瓷纤维制备过程中的苯基聚硅氧烷替换为市售鑫宇宏S11210215甲基聚硅氧烷，其他步骤相同。

[0011] 对比例2 本对比例与实施例3相比，将实施例3复合陶瓷纤维制备过程中的五氧化二钒替换为氟化铝，其他步骤相同。

[0012] 对比例3 本对比例与实施例3相比，将实施例3复合陶瓷纤维制备过程中偏钨酸铵去除，其他步骤相同。

[0013] 对比例4 本对比例与实施例3相比，将实施例3复合结合剂制备过程中的氨化酚醛树脂替换为市售腾喧化工2123酚醛树脂，其他步骤相同。

[0014] 取实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3和对比例4制得的纳米二氧化硅微孔绝热板，将其制为360mm×255mm×20mm试样，通过平板导热系数测试仪，对试样200℃和1000℃条件下的导热系数进行测定，将试样置于1000℃条件下保温10h，计算试样的线收缩率，再将试样置于微机控制试验压力机中，以恒定的施压速度对样品施加压力，压缩到原来尺寸的90%，记录并计算得到其耐压强度，检测结果如下表1 检测结果表：表1 检测结果表
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
200℃下导热系数（W·m‑1·K‑1） 0.035 0.033 0.032 0.037 0.053 0.038 0.35
1000℃下导热系数（W·m‑1·K‑1） 0.060 0.059 0.057 0.061 0.092 0.072 0.64线收缩率（%） 1.23 1.21 1.21 1.47 1.63 1.22 1.52
耐压强度（MPa） 0.39 0.42 0.43 0.34 0.29 0.42 0.25
由所示表格检测结果可知，将实施例1、实施例2和实施例3与对比例1、对比例2、对比例3及对比例4进行比较，对比例1将实施例3复合陶瓷纤维制备过程中的苯基聚硅氧烷替换为甲基聚硅氧烷，由于缺少苯基导致其在不熔化处理过程中交联度下降，进而导致复合陶瓷纤维力学性能下降，从而影响微孔绝热板的力学性能，对比例2将实施例3复合陶瓷纤维制备过程中的五氧化二钒替换为氟化铝，由于缺少五氧化二钒导致莫来石晶须不优先生长于纤维上，进而导致微孔绝热板隔热性能和力学性能出现明显下降，对比例3将实施例3复合陶瓷纤维制备过程中偏钨酸铵去除，由于缺少偏钨酸铵，导致莫来石晶须无法形成中空结果，进而导致微孔绝热板高温条件下的隔热性能下降，对比例4 将实施例3复合结合剂制备过程中的氨化酚醛树脂替换为酚醛树脂，由于缺少配位键连接，导致微孔绝热板高温条件下的力学性能出现明显下降。

[0015] 在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0016] 以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。