具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的高韧性纳米隔热材料的制备方法主要以纳米粉体、陶瓷短切纤维和浸渍胶液的纤维布为原料；主要制备步骤如下：纳米粉体和陶瓷短切纤维的机械融合分散，纤维布浸渍胶液制备高韧性介质，分散物料与高韧性介质穿插装填，模压压制成型以及高温干燥处理等。

本发明在第一方面提供了一种高韧性纳米隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将纳米粉体和陶瓷短切纤维进行机械融合，得到分散物料；本发明对进行所述机械融合的条件没有特别的限制，采用现有常用于分散物料的机械融合条件均可，得到分散均匀的分散物料即可。

(2)将纤维布浸渍胶液，得到高韧性介质；在本发明中，所述胶液为无机胶液；具体地，将多块纤维布浸渍于胶液中，得到浸渍有胶液的多块纤维布，即得到多块高韧性介质；本发明对所述浸渍的条件以及时间没有特别的要求，例如将所述纤维布常温常压下浸渍于胶液中10～20min，取出后即可得到高韧性介质。

(3)将所述高韧性介质和所述分散物料装填至模具中；在装填过程中，将所述高韧性介质与所述分散物料间隔铺设(间隔铺层设置)，且装填的最底层和最顶层均为高韧性介质。

(4)将装填好所述高韧性介质和所述分散物料的模具进行模压，经脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将所述纳米隔热材料中间体进行干燥处理，制得高韧性纳米隔热材料；本发明对所述高韧性介质的块数和所述分散物料的总用量没有特别的限制，将所述高韧性介质与所述分散物料进行间隔铺层设置，得到预设厚度的高韧性纳米隔热材料即可，优选的是，得到厚度为2～300mm更优选为20～150mm的高韧性纳米隔热材料；特别说明的是，在本发明中，由于纤维布的厚度较小，对于所述高韧性纳米隔热材料的厚度而言，可以认为高韧性介质的厚度忽略不计。

本发明以纤维布作为高韧性基体，以无机胶作为纳米隔热材料和纤维布的桥连介质，采用无机胶液浸渍的纤维布作为高韧性介质，穿插敷设于纳米隔热材料内部，以此达到增强纳米隔热材料的韧性的目的，有效解决粉末基纳米隔热材料韧性差、易断裂的问题，保证纳米隔热材料低导热性能的同时，有效提升了隔热材料的力学性能。本发明制备的高韧性纳米隔热材料具有优良的隔热性能和抗弯折性能。

根据一些具体的实施方式，所述高韧性纳米隔热材料的制备方法包括如下步骤：

(1)称取一定比例的纳米粉体、陶瓷短切纤维进行机械融合分散，获得分散物料；

(2)将一定厚度纤维布浸渍于一定固含量的胶液中，取出后作为高韧性介质备用；

(3)将高韧性介质和分散物料装填至模具中，装填过程中，高韧性介质需铺设于模具底部、顶部(上部)以及沿装填的厚度方向间隔铺设在分散物料内部，以此对材料进行韧性增强；

(4)最后，将铺好物料的模具送入液压机进行模压压制(模压)，脱模后将材料送入烘箱进行干燥处理，获得高韧性纳米隔热材料。

根据一些优选的实施方式，所述纳米粉体为氧化锆纳米粉体、氧化铝纳米粉体、氧化硅纳米粉体(二氧化硅纳米粉体)中的一种或多种，本发明对纳米粉体的来源没有特别的限制，采用可以直接购买的产品或者通过现有方法制备而成均可；所述陶瓷短切纤维为氧化锆短切纤维、莫来石短切纤维、氧化铝短切纤维、二氧化硅短切纤维、硅酸铝短切纤维中的一种或多种，本发明对陶瓷短切纤维的规格和来源没有特别的限制，采用可以直接购买的产品或者通过现有方法制备而成均可；和/或所述陶瓷短切纤维与所述纳米粉体的质量比为1：(4～19)(例如1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18或1:19)。

根据一些优选的实施方式，所述纤维布为碳纤维布、氧化铝纤维布、高硅氧纤维布、石英纤维布中的一种或多种，本发明对所述碳纤维布、氧化铝纤维布、高硅氧纤维布、石英纤维布的来源没有特别的限制，采用可以直接购买的产品或者通过现有方法制备而成均可；和/或所述纤维布的厚度为0.1～10μm(例如0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10μm)，优选为0.5～10μm。

根据一些优选的实施方式，所述胶液为氧化铝溶胶、氧化硅溶胶(二氧化硅溶胶)、磷酸二氢铝溶液、硅酸钠溶液中的一种或多种；和/或所述胶液的固含量为5～25％；在本发明中，为了保持胶液良好的流动性和亲和性，优选为所述胶液的固含量控制在5～25％；本发明对氧化铝溶胶、氧化硅溶胶(二氧化硅溶胶)、磷酸二氢铝溶液、硅酸钠溶液的来源没有特别的限制，采用可以直接购买的产品或者通过现有方法合成均可，优选的是，将这些胶液的固含量控制在5～25％；在本发明中，以氧化铝溶胶的固含量为5～25％为例，指的是，所述氧化铝溶胶中含有的氧化铝的质量分数为5～25％。

根据一些优选的实施方式，相邻所述高韧性介质之间的距离为1～10mm(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10mm)；在本发明中，相邻所述高韧性介质之间的距离即指的是相邻两层所述高韧性介质之间的距离。

在一些更优选的实施方式中，所述纤维布的厚度为0.1～1μm，并且相邻所述高韧性介质之间的距离为1～2mm，该更合适厚度的纤维布以及更合适的两层高韧性介质铺设间隔，有利于保证获得韧性更好的高韧性纳米隔热材料。

根据一些优选的实施方式，所述模压的压力为0.5～3MPa(例如0.5、1、1.5、2、2.5或3MPa)，所述模压的时间为30～90min(例如30、40、50、60、70、80或90min)

根据一些优选的实施方式，所述干燥处理的温度为50～120℃(例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃)，所述干燥处理的时间为1～3h。

根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，将纳米粉体、陶瓷短切纤维和抗辐射纳米片进行机械融合，得到分散物料；本发明发现，所述抗辐射纳米片的加入，可以有效提升高韧性纳米隔热材料的红外抗辐射性能，降低高韧性纳米隔热材料的高温导热系数，有效提升高韧性纳米隔热材料的高温隔热性能，且本发明发现，本发明中的二维抗辐射纳米片具有辐射屏蔽性能优异的特点，其相比现有的红外遮光剂颗粒，提升高韧性纳米隔热材料的红外抗辐射性能的效果更加显著，能够明显降低材料的高温导热系数。

根据一些优选的实施方式，所述抗辐射纳米片为氧化锌纳米片、氧化铈纳米片、云母纳米片中的一种或多种；本发明对氧化锌纳米片、氧化铈纳米片、云母纳米片的来源没有特别的限制，采用可以直接购买的产品或者通过现有的方法合成均可；在一些优选的实施例中，所述分散物料中含有的所述抗辐射纳米片的质量分数为5～35％(例如5％、10％、15％、20％、25％、30％或35％)，优选为10～25％。

根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，还往所述分散物料中加入磷酸基固态粘接剂并混合均匀；在本发明中，在往所述分散物料中加入磷酸基固态粘接剂后对混合均匀的方式没有特别的要求，例如可以通过机械融合的方式混合均匀(搅拌均匀)。本发明通过选用磷酸基固态粘接剂作为高韧性纳米隔热材料进一步的力学强度增强剂，可以进一步改善高韧性纳米隔热材料的力学性能，且本发明发现，所述磷酸基固态粘接剂相比传统的液体粘接剂，可以克服传统液体粘接剂与固态物料亲和性差、易造成结构塌陷问题，有效解决了传统纳米隔热材料易掉粉、掉渣问题，有效提高了高韧性纳米隔热材料的力学强度；此外，本发明发现，所述磷酸基固态粘接剂相比采用其它固体粘接剂(例如热固性酚醛树脂、热固性环氧树脂、热固性脲醛树脂、热固性芳纶树脂的树脂颗粒或热固性芳纶树脂的短切纤维等)，可以更显著的提升高韧性纳米隔热材料的力学强度，且本发明中采用的磷酸基固态粘接剂耐温性优异，高温条件下不失效。

根据一些优选的实施方式，所述磷酸基固态粘接剂为固态磷酸二氢铝、三聚磷酸钠、聚偏磷酸钠中的一种或多种；在一些优选的实施例中，所述磷酸基固态粘接剂与所述分散物料的用量的质量比为1：(5～20)(例如1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20)；在本发明中，优选为所述磷酸基固态粘接剂与所述分散物料的质量比为1：(5～20)，如此才有利于在保证不降低高韧性纳米隔热材料的隔热性能的同时，显著提高高韧性纳米隔热材料的力学性能，若所述磷酸基固态粘接剂的用量太少，则提高高韧性纳米隔热材料的力学性能不明显，若所述磷酸基固态粘接剂的用量太高，则会降低高韧性纳米隔热材料的隔热性能。

本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的高韧性纳米隔热材料。

下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。

实施例1

(1)称取氧化铝短切纤维、氧化铝纳米粉体置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；所述氧化铝短切纤维与所述氧化铝纳米粉体的质量比为1:19。

(2)将多块厚度为1μm的氧化铝纤维布浸渍于固含量为25％的氧化铝溶胶中10min，浸渍完毕后取出，得到多块高韧性介质备用。

(3)将多块所述高韧性介质和分散物料装填至模具中；在装填过程中，将所述高韧性介质与所述分散物料间隔铺设，且装填的最底层和最顶层均为高韧性介质，相邻高韧性介质之间的距离为2mm，以此对材料进行韧性增强。

(4)将步骤(3)铺好物料的模具送入液压机，在压力2MPa条件下进行模压压制60min，脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将纳米隔热材料中间体送入烘箱，在温度50℃条件下进行干燥处理2h，获得厚度为20mm的高韧性纳米隔热材料。

实施例2

(1)称取氧化锆短切纤维、氧化锆纳米粉体置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；所述氧化锆短切纤维与所述氧化锆纳米粉体的质量比为1:4。

(2)将多块厚度为0.1μm的碳纤维布浸渍于固含量为15％的磷酸二氢铝溶液中10min，浸渍完毕后取出，得到多块高韧性介质备用。

(3)将多块所述高韧性介质和分散物料装填至模具中；在装填过程中，将所述高韧性介质与所述分散物料间隔铺设，且装填的最底层和最顶层均为高韧性介质，相邻高韧性介质之间的距离为1mm，以此对材料进行韧性增强。

(4)将步骤(3)铺好物料的模具送入液压机，在压力0.5MPa条件下进行模压压制90min，脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将纳米隔热材料中间体送入烘箱，在温度120℃条件下进行干燥处理2h，获得厚度为20mm的高韧性纳米隔热材料。

实施例3

(1)称取二氧化硅短切纤维、氧化硅纳米粉体置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；所述二氧化硅短切纤维与所述氧化硅纳米粉体的质量比为1:5。

(2)将多块厚度为0.1μm的石英纤维布浸渍于固含量为5％的硅酸钠溶液中10min，浸渍完毕后取出，得到多块高韧性介质备用。

(3)将多块所述高韧性介质和分散物料装填至模具中；在装填过程中，将所述高韧性介质与所述分散物料间隔铺设，且装填的最底层和最顶层均为高韧性介质，相邻高韧性介质之间的距离为10mm，以此对材料进行韧性增强。

(4)将步骤(3)铺好物料的模具送入液压机，在压力2MPa条件下进行模压压制60min，脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将纳米隔热材料中间体送入烘箱，在温度80℃条件下进行干燥处理2h，获得厚度为20mm的高韧性纳米隔热材料。

实施例4

(1)称取二氧化硅短切纤维、氧化硅纳米粉体置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；所述二氧化硅短切纤维与所述氧化硅纳米粉体的质量比为1:5。

(2)将多块厚度为10μm的高硅氧纤维布浸渍于固含量为5％的硅酸钠溶液中10min，浸渍完毕后取出，得到多块高韧性介质备用。

(3)将多块所述高韧性介质和分散物料装填至模具中；在装填过程中，将所述高韧性介质与所述分散物料间隔铺设，且装填的最底层和最顶层均为高韧性介质，相邻高韧性介质之间的距离为2mm，以此对材料进行韧性增强。

(4)将步骤(3)铺好物料的模具送入液压机，在压力2MPa条件下进行模压压制60min，脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将纳米隔热材料中间体送入烘箱，在温度80℃条件下进行干燥处理2h，获得厚度为30mm的高韧性纳米隔热材料。

实施例5

(1)称取硅酸铝短切纤维、氧化硅纳米粉体置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；所述硅酸铝短切纤维与所述氧化硅纳米粉体的质量比为1:5。

(2)将多块厚度为1μm的高硅氧纤维布浸渍于固含量为15％的氧化硅溶胶中10min，浸渍完毕后取出，得到多块高韧性介质备用。

(3)将多块所述高韧性介质和分散物料装填至模具中；在装填过程中，将所述高韧性介质与所述分散物料间隔铺设，且装填的最底层和最顶层均为高韧性介质，相邻高韧性介质之间的距离为2mm，以此对材料进行韧性增强。

(4)将步骤(3)铺好物料的模具送入液压机，在压力2MPa条件下进行模压压制60min，脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将纳米隔热材料中间体送入烘箱，在温度80℃条件下进行干燥处理2h，获得厚度为30mm的高韧性纳米隔热材料。

实施例6

(1)称取莫来石短切纤维、氧化硅纳米粉体置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；所述莫来石短切纤维与所述氧化硅纳米粉体的质量比为1:5。

(2)将多块厚度为0.1μm的高硅氧纤维布浸渍于固含量为15％的硅酸钠溶液中10min，浸渍完毕后取出，得到多块高韧性介质备用。

(3)将多块所述高韧性介质和分散物料装填至模具中；在装填过程中，将所述高韧性介质与所述分散物料间隔铺设，且装填的最底层和最顶层均为高韧性介质，相邻高韧性介质之间的距离为1mm，以此对材料进行韧性增强。

(4)将步骤(3)铺好物料的模具送入液压机，在压力2MPa条件下进行模压压制60min，脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将纳米隔热材料中间体送入烘箱，在温度80℃条件下进行干燥处理2h，获得厚度为30mm的高韧性纳米隔热材料。

实施例7

实施例7与实施例5基本相同，不同之处在于：

在步骤(1)中，称取硅酸铝短切纤维、氧化硅纳米粉体、氧化铈纳米片置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；其中，所述硅酸铝短切纤维、所述氧化硅纳米粉体与所述氧化铈纳米片的质量比为1:5:1。

实施例8

实施例8与实施例5基本相同，不同之处在于：

在步骤(1)中，称取硅酸铝短切纤维、氧化硅纳米粉体、氧化铈纳米片置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料，并且往所述分散物料中加入三聚磷酸钠作为磷酸基固态粘接剂并继续进行机械融合混合均匀，得到含有磷酸基固态粘接剂的分散物料，采用含有磷酸基固态粘接剂的分散物料替换实施例5中步骤(1)得到的分散物料进行后续步骤；其中，所述硅酸铝短切纤维、所述氧化硅纳米粉体与所述氧化铈纳米片的质量比为1:5:1；所述三聚磷酸钠与所述分散物料的质量比为1:10。

实施例9

实施例9与实施例8基本相同，不同之处在于：

在步骤(1)中，所述三聚磷酸钠与所述分散物料的质量比为1:4。

实施例10

实施例10与实施例8基本相同，不同之处在于：

在步骤(1)中，称取硅酸铝短切纤维、氧化硅纳米粉体、碳化硅粉红外遮光剂置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料，并且往所述分散物料中加入热固性芳纶短切纤维(固态粘接剂)并继续进行机械融合混合均匀，得到含有固态粘接剂的分散物料，采用该含有固态粘接剂的分散物料替换实施例8中步骤(1)得到的含有磷酸基固态粘接剂的分散物料进行后续步骤；其中，所述硅酸铝短切纤维、所述氧化硅纳米粉体与所述碳化硅粉红外遮光剂的质量比为1:5:2；所述热固性芳纶短切纤维与所述分散物料的质量比为1:10。

对比例1

(1)称取硅酸铝短切纤维、氧化硅纳米粉体置于机械融合设备中，进行机械融合分散均匀，制得分散物料；所述硅酸铝短切纤维与所述氧化硅纳米粉体的质量比为1:5。

(2)将两块厚度为1μm的高硅氧纤维布浸渍于固含量为15％的氧化硅溶胶中10min，浸渍完毕后取出，得到两块高韧性介质备用。

(3)将分散物料装填至模具中，且在装填所述分散物料的过程中，在所述分散物料的最底部和最顶部分别铺设一块高韧性介质。

(4)将步骤(3)铺好物料的模具送入液压机，在压力2MPa条件下进行模压压制60min，脱模后得到纳米隔热材料中间体，然后将纳米隔热材料中间体送入烘箱，80℃进行干燥处理2h，获得厚度为40mm的高韧性纳米隔热材料。

对比例2

参考中国专利申请CN104210151A的实施例1中的方法获得一种表面强化的耐高温纳米隔热材料，并对其进行了性能测试，结果如表1所示。

对本发明各实施例以及对比例制备的材料进行抗折强度、800℃导热系数测试，抗折强度、800℃的导热系数结果如表1所示。本发明还对实施例5、实施例7～10制备的材料进行了压缩强度的测试，结果如表1所示。

表1：实施例1～10以及对比例1～2制备的材料的性能指标。

表1中符号“/”表示未对该性能指标进行测试。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。