气凝胶保温板的制作方法

1.本技术属于建筑保温技术领域，具体涉及一种气凝胶保温板。


背景技术：

2.当前，建筑保温结构常用保温砂浆层，而保温砂浆层普遍力学强度低、易粉化脱落、保温隔热效果差、填充的骨科多为泡沫聚苯颗粒、发泡聚氨酯颗粒等可燃物，一旦发生火灾，保温结构内的可燃物受热熔融以后非常不稳定，极易脱落或者发生燃烧。基于此，可以采用无机发泡颗粒进行填充。无机发泡颗粒，例如，发泡泡沫陶瓷、发泡珍珠岩颗粒、泡沫玻璃等材料热稳定性能较好，受热不易分解变脆导致脱落或燃烧，但这些无机发泡颗粒内部孔隙较大，导热系数较高，保温隔热效果和纯气凝胶相比相差甚远，且无法做到疏水不吸潮。
3.纯气凝胶虽然隔热性能比较优异，可以解决上述问题，然而，纯气凝胶的力学性能较差，几乎无法弯折，质地较脆，无法满足建筑保温领域对于材料的要求。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种气凝胶保温板，能够解决纯气凝胶保温结构力学性能差的问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.本技术实施例提供了一种气凝胶保温板，该气凝胶保温板包括：第一防护层、第二防护层和气凝胶保温层；
7.所述第一防护层、所述气凝胶保温层和所述第二防护层依次层叠设置；
8.所述气凝胶保温层至少由气凝胶颗粒和粘结剂混合后固化而成，所述气凝胶颗粒的粒径范围为1～12mm。
9.可选地，所述气凝胶颗粒的粒径范围为2～5mm。
10.可选地，所述粘结剂为无机粘结剂，所述无机粘结剂包括水泥砂浆、石膏或水玻璃中的至少一种。
11.可选地，所述第一防护层和所述第二防护层均为水泥基硬质层。
12.可选地，所述第一防护层和第二防护层均为无机纤维增强水泥基硬质板，所述无机纤维增强水泥基硬质板包括玻璃纤维增强水泥基硬质板；
13.或者，所述第一防护层和第二防护层均为有机纤维增强水泥基硬质板，所述有机纤维增强水泥基硬质板包括聚丙烯纤维增强水泥基硬质板。
14.可选地，所述第一防护层和所述第二防护层均为石膏基硬质层。
15.可选地，所述气凝胶保温层由气凝胶颗粒、粘结剂，以及渗透剂或表面活性剂中的一种混合后固化而成。
16.可选地，所述第一防护层和所述第二防护层通过所述气凝胶保温层平铺固化后粘结。
17.可选地，所述气凝胶保温层的厚度为20～120mm。
18.可选地，所述第一防护层和所述第二防护层的厚度均为1～10mm。
19.本技术实施例中，将1～12mm粒径范围的气凝胶颗粒作为骨科，将粘结剂作为辅料，混合固化形成气凝胶保温层，并在气凝胶保温层的两侧分别附上第一防护层和第二防护层作为外表面，使得第一防护层、气凝胶保温层和第二防护层三者形成夹心结构的气凝胶保温板，从而具有较佳的抗弯、抗压、抗拉、抗冲击等力学性能，从而可以作为建筑保温板使用。
附图说明
20.图1为本技术实施例公开的第一种形式的气凝胶保温板的结构示意图；
21.图2为本技术实施例公开的第二种形式的气凝胶保温板的结构示意图。
22.附图标记说明：
23.100-第一防护层；110-第一凸起；120-第二凸起；
24.200-第二防护层；210-第三凸起；220-第四凸起；
25.300-气凝胶保温层。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
28.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例进行详细地说明。
29.参考图1和2，本技术实施例公开了一种气凝胶保温板，应用于建筑保温领域，所公开的气凝胶保温板包括第一防护层100、第二防护层200和气凝胶保温层300。
30.其中，第一防护层100和第二防护层200均起到防护作用，气凝胶保温层300起到保温、隔热、防潮等作用。
31.一些实施例中，第一防护层100、气凝胶保温层300和第二防护层200依次层叠设置，也即，第一防护层100和第二防护层200分别位于气凝胶保温层300的相背的两侧，从而通过第一防护层100和第二防护层200将气凝胶保温层300夹设在中间，形成夹心结构的气凝胶保温板。考虑到第一防护层100和第二防护层200均具有一定的强度，其可以承受一定的荷载，如，拉力、压力、弯矩等，从而可以从气凝胶保温层300的两侧对气凝胶保温层300起到防护作用，以防止气凝胶承受荷载而损坏。
32.气凝胶保温层300至少由气凝胶颗粒和粘结剂混合后固化而成。其中，气凝胶颗粒
作为骨科，粘结剂作为辅料，两者采用预设比例进行混合，以得到作为内部夹心的气凝胶保温层300，另外，气凝胶颗粒与粘结剂的预设比例可以根据实际工况而选定。
33.考虑到气凝胶作为主要填充骨科支撑起整个结构，起到隔热保温等作用，而选用的气凝胶颗粒的粒径对于气凝胶保温板的性能较为关键。经实验验证可知，过小粒径的气凝胶颗粒，会导致气凝胶颗粒添加量相对较低，此时若再提高添加量，会导致形成的气凝胶保温层300的力学性能低下，非常易碎，从而难以作为建筑保温板使用。
34.例如，添加量为10％时，气凝胶保温层300整体变得非常酥脆，受力会变为粉末，使整个气凝胶保温层300的力学性能低下，从而失去实用价值。
35.基于上述情况，选用合适粒径的气凝胶颗粒对于保证气凝胶保温层300的力学性能起到关键性作用。
36.一些实施例中，气凝胶颗粒的粒径范围选为1～12mm。经研究，此种粒径的情况下，添加量可以提高至30％，甚至超过30％。由此可知，气凝胶颗粒的粒径在1～12mm的范围内，包括1mm、2mm、3mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm等，在一定程度上可以提高气凝胶颗粒的添加量。
37.本技术实施例中，将1～12mm粒径范围的气凝胶颗粒作为骨科，将粘结剂作为辅料，混合固化形成气凝胶保温层300，并在气凝胶保温层300的两侧分别附上第一防护层100和第二防护层200作为外表面，使得第一防护层100、气凝胶保温层300和第二防护层200三者形成夹心结构的气凝胶保温板，从而具有较佳的抗弯、抗压、抗拉、抗冲击等力学性能，从而可以作为建筑保温板使用。
38.考虑到气凝胶颗粒的粒径较大时，会降低气凝胶保温层300的强度，基于此，可以选用粒径相对较小的气凝胶颗粒，如将气凝胶颗粒的粒径选为1～10mm，基于此粒径范围，既可以提高气凝胶颗粒的添加量，又能够在一定程度上保证气凝胶保温层300的强度。
39.由于气凝胶颗粒添加量的增加，在保温隔热性能提升的同时，力学性能逐步降低，而保温层的保温隔热性能取决于气凝胶颗粒的添加量，气凝胶颗粒的添加量越高，气凝胶保温层300的保温隔热效果越好；当气凝胶颗粒的添加量增加到一定程度时，单纯的气凝胶保温层300不能满足用于建筑保温板的要求，如此，在气凝胶保温层300的两侧分别设置第一防护层100和第二防护层200，从而在气凝胶保温层300的两侧分别具有足够的硬度和韧性，这样呈夹心结构的气凝胶保温板既可以保证保温隔热性能，又具有足够的力学性能，从而可以满足建筑保温板的各方面性能要求。
40.此处需要说明的是，当气凝胶保温层300的厚度较大时，可以选用较大粒径的气凝胶颗粒，而粒径较大会导致气凝胶保温层300的强度随之降低，且合适粒径的气凝胶颗粒在搅拌混合时也较为容易，由于比表面积较大或粒径较大使气凝胶颗粒不能浸没，使得较大或较小粒径的气凝胶颗粒难以搅拌均匀。为了得到较为合适的粒径范围，经过多次测试得出，2～5mm范围粒径的气凝胶颗粒可以适用于大多数工况。
41.一些实施例中，粘结剂为无机粘结剂。由于无机粘结剂的热化学性能稳定，且防火性能好，使得无机粘结剂在与气凝胶颗粒混合后，可以保证形成的气凝胶保温层300具有稳定的热化学性能和防火性能，一旦发生火灾时，气凝胶保温层300不易受热熔融或燃烧，进而保证了气凝胶保温板的稳定性。
42.可选地，无机粘结剂可以包括水泥砂浆、石膏、水玻璃中的至少一种。当然，本技术
实施例中不限制粘结剂的具体形式，只要能够与气凝胶颗粒混合良好，且保证气凝胶保温层300具有较佳的性能即可。
43.为提高对于气凝胶保温层300的防护效果，一些实施例中，第一防护层100和第二防护层200均为水泥基硬质层。水泥基硬质层具有较高的硬度和较佳的韧性，从而可以对气凝胶保温层300起到防护作用。
44.在使用过程中，当气凝胶保温板受到冲击时，水泥基硬质层能够承受荷载，而对气凝胶保温层300起到防护作用，从而使气凝胶保温层300不会断裂、破碎、脱落。另外，当气凝胶保温板承受弯曲时，水泥基硬质层可以承受弯曲产生的拉力，使整个气凝胶保温板具有一定的抗弯强度，保证气凝胶保温板不会弯折甚至断裂。当然，水泥基硬质层还可以承受压力，使气凝胶保温板在承受压力时不易损坏、变形。
45.可选地，第一防护层100和第二防护层200均为无机纤维增强水泥基硬质板。基于此，可以进一步提高第一防护层100和第二防护层200承受荷载的能力，从而保证气凝胶保温板不易损坏，延长了建筑保温材料的使用寿命。
46.其中，上述无机纤维可以包括玻璃纤维，此时，无机纤维增强水泥基硬质板可以包括玻璃纤维增强水泥基硬质板。当然，还可以采用其他形式的无机纤维，本技术实施例中对此不作具体限定。
47.可选地，第一防护层100和第二防护层200均为有机纤维增强水泥基硬质板。基于此，同样可以提高第一防护层100和第二防护层200承受载荷的能力，从而保证气凝胶保温板不易损坏，延长了建筑保温板的使用寿命。
48.其中，上述有机纤维可以包括聚丙烯纤维。此时，有机纤维增强水泥基硬质板可以包括聚丙烯纤维增强水泥基硬质板。当然，还可以采用其他形式的有机纤维，本技术实施例中对此不作具体限定。
49.另外，上述无机纤维或有机纤维均可以为混纺或编制形式，其具体工艺原理、步骤可参考相关技术，此处不作详细阐述。
50.为进一步提升气凝胶保温层300的性能，一些实施例中，气凝胶保温层300由气凝胶颗粒、粘结剂，以及渗透剂或表面活性剂中的一种混合后固化而成。
51.考虑到气凝胶颗粒的疏水性能较好，水性粘结剂与气凝胶颗粒直接搅拌时会影响搅拌均匀性，如此，在混合过程中添加微量渗透剂或表面活性剂，从而使气凝胶颗粒与粘结剂的混合更加均匀，进而可以提升气凝胶保温层300的性能。
52.此处需要说明的是，渗透剂或表面活性剂需要在搅拌过程中加入，其原因为，气凝胶颗粒具有较强的疏水性，在搅拌过程中浮在水面上，如此，通过增加渗透剂或表面活性剂可以促使气凝胶颗粒与粘结剂混合更加均匀。
53.当然，在其他一些实施例中，当粘结剂的黏度较大时，还可以无需加入渗透剂或表面活性剂，此时可以通过粘结剂粘附气凝胶颗粒，从而保证混合均匀。
54.为形成夹心结构的气凝胶保温板，一些实施例中，第一防护层100和第二防护层200通过气凝胶保温层300平铺固化后粘结，从而实现第一防护层100、气凝胶保温层300和第二防护层200三者依次叠加，呈夹心结构，以形成气凝胶保温板。
55.为保证气凝胶保温板的保温隔热性能，一些实施例中，将气凝胶保温层300的厚度配置为20～120mm，包括20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm等，本技术实施例中不限制气
凝胶保温层300的具体厚度尺寸，只要满足实际要求即可。
56.基于上述设置，既可以保证气凝胶保温板的保温隔热性能，又使气凝胶保温板的厚度尺寸不至于过大，从而可以作为建筑保温板使用。
57.为保证气凝胶保温板的强度，一些实施例中，将第一防护层100和第二防护层200的厚度配置为1～10mm，包括1mm、3mm、5mm、6mm、8mm、10mm等，本技术实施例中不限制第一防护层100和第二防护层200各自的厚度尺寸，只要满足实际要求即可。
58.基于上述设置，既可以保证气凝胶保温板的强度，又使气凝胶保温板的厚度尺寸不至于过大，从而可以作为建筑保温板使用。
59.一些实施例中，可以在第一防护层100和第二防护层200之间设置多段气凝胶保温层300，且相邻两段气凝胶保温层300的密度不同，如此，密度较大的一段气凝胶保温层300具有更大的强度，从而可以承受更大的荷载。
60.为便于识别承重位置，还可以在第一防护层100和/或第二防护层200外侧表面且与密度较大的一段气凝胶保温层300的区域设置标识，如此，可以便于使用者了解气凝胶保温板的承重位置。
61.参考图2，本技术实施例还公开了另一种形式的气凝胶保温板，所公开的气凝胶保护板包括第一防护层100、第二防护层200和气凝胶保温层300。其中，第一防护层100、气凝胶保温层300和第二防护层200依次层叠设置。
62.其中，第一防护层100的朝向气凝胶保温层300的一侧面设有多个第一凸起110和多个第二凸起120，相邻两个第一凸起110之间设有一个第二凸起120。如此，在第一防护层100与气凝胶保温层300结合后，通过第一凸起110和第二凸起120可以增加第一防护层100与气凝胶保温层300之间的接触面积，从而增加结合强度，以防止第一防护层100与气凝胶保温层300脱离或相对移动，保证了气凝胶保温板的整体强度和稳定性。
63.同样地，第二防护层200的朝向气凝胶保温层300的一侧面设有多个第三凸起210和多个第四凸起220，相邻两个第三凸起210之间设有一个第四凸起220。如此，在第二防护层200与气凝胶保温层300结合后，通过第三凸起210和第四凸起220可以增加第二防护层200与气凝胶保温层300之间的接触面积，从而增加结合强度，以防止第二防护层200与气凝胶保温层300脱离或相对移动，保证了气凝胶保温板的整体强度和稳定性。
64.此处需要说明的是，上述第一凸起110、第二凸起120、第三凸起210和第四凸起220均可作为气凝胶保温板的加强筋。其中，第一凸起110和第二凸起120的设置，在一定程度上可以提高第一防护层100与气凝胶保温层300之间的结合强度，并且增加第一防护层100在第一凸起110和第二凸起120延伸方向上的抗弯曲强度；同理，第三凸起210和第四凸起220的设置，在一定程度上可以提高第二防护层200与气凝胶保温层300之间的结合强度，并且增加第二防护层200在第三凸起210和第四凸起220延伸方向上的抗弯曲强度。基于此，可以提升气凝胶保温板的整体强度，保证气凝胶保温板在承受荷载时不易弯曲甚至折断。
65.其中，第一防护层100上的第一凸起110和第二凸起120可以平行设置，也可以交叉设置，如，相互垂直交错分布。当第一凸起110和第二凸起120相互垂直交错分布时，既可以提升第一凸起110延伸方向上的抗弯曲强度，又可以提升第二凸起120延伸方向上的抗弯曲强度，从而可以提升第一防护层100的整体抗弯曲性能。
66.第二防护层200上的第三凸起210和第四凸起220可以平行设置，也可以交叉设置，
如，相互垂直交错分布。当第三凸起210和第四凸起220相互垂直交错分布时，既可以提升第三凸起210延伸方向上的抗弯曲强度，又可以提升第四凸起220延伸方向上的抗弯曲强度，从而可以提升第二防护层200的整体抗弯曲性能。
67.可选地，如图2所示，第一凸起110的截面积大于第二凸起120的截面积，在一定程度上可以提高第一防护层100与气凝胶保温层300之间结合的稳定性和牢固性。同理，第三凸起210的截面积小于第四凸起220的截面积，在一定程度上可以提高第二防护层200与气凝胶保温层300之间的稳定性和牢固性。
68.为了使气凝胶保温层300在厚度上整体相差不大，将第一凸起110与第三凸起210对应设置，如，第一凸起110与第三凸起210相对，将第二凸起120与第四凸起220对应设置，如，第二凸起120与第四凸起220相对。基于此，可以保证气凝胶保温层300在设置对应设置的凸起的区域的厚度尺寸相差不大，在一定程度上可以保证气凝胶保温层300的均匀性，进一步提高气凝胶保温层300的稳定性。
69.为进一步增加第一防护层100与气凝胶保温层300之间结合的牢固性，还可以将第一凸起110的表面和第二凸起120的表面分别设置为粗糙表面，如此，可以增加第一凸起110及第二凸起120各自与气凝胶保温层300之间的摩擦阻力，从而可以增加第一防护层100与气凝胶保温层300之间的结合强度和结合牢固性。
70.同样地，为进一步增加第二防护层200与气凝胶保温层300之间结合的牢固性，还可以将第三凸起210的表面和第四凸起220的表面分别设置为粗糙表面，如此，可以增加第三凸起210及第四凸起220各自与气凝胶保温层300之间的摩擦阻力，从而可以增加第二防护层200与气凝胶保温层300之间的结合强度和结合牢固性。
71.此处需要说明的是，该种形式的气凝胶保温板(图2对应的气凝胶保温板)与上述形式的气凝胶保温板(图1对应的气凝胶保温板)的区别主要在于设置凸起，其他方面均与上述形式的气凝胶保温板基本相同。
72.本技术实施例还提供了气凝胶保温板的制作步骤，具体如下：
73.将预先制作好的第一防护层100平铺在底面；
74.将气凝胶颗粒与粘结剂搅拌均匀，并在第一防护层100上平铺至预设厚度，形成气凝胶保温层300；此步骤中还可以添加渗透剂或表面活性剂；
75.将第二防护层200盖设在气凝胶保温层300背离第一防护层100的一侧；
76.将上述三层结构放置于压模中，通过压模将三层结构压平并形成预设厚度，待粘结剂固化后，形成一个气凝胶保温板整体；
77.对气凝胶保温板整体进行裁切，以形成预设尺寸的气凝胶保温板。
78.上述气凝胶保温板的制作工艺步骤较为简单，且设备成本较低，可以大批量试制作气凝胶保温板。
79.综上所述，本技术实施例中的气凝胶保温板克服了纯气凝胶在建筑领域难以应用的缺点，且各项力学性能均符合国标要求，并且，在气凝胶生产过程中产生的废胶颗粒还可以用于制成气凝胶保温层300，提高了资源利用率；本技术实施例中的气凝胶保温板的保温隔热效果显著，利用气凝胶本身高度疏水的特性和纳米微孔结构，使得气凝胶保温板兼具防水、隔音功能，综合性能优异，安装简单，给建筑领域节能减排起到了积极作用。
80.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体
实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。