一种导热陶瓷纤维纸的制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109337290 A(43)申请公布日 2019.02.15

(21)申请号 201811078379.2(22)申请日 2018.09.17

(71)申请人 佛山皖和新能源科技有限公司

地址 528000 广东省佛山市禅城区祖庙街

道朝安南路丰收街1座二层203U(72)发明人 裘友玖　刘侠　朱东东　(51)Int.Cl.

C08L 63/00(2006.01)C08K 13/06(2006.01)C08K 9/12(2006.01)C08K 3/04(2006.01)C08K 7/08(2006.01)C08K 3/22(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页

()发明名称

一种导热陶瓷纤维纸的制备方法(57)摘要

本发明公开了一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，属于无机材料技术领域。将坯料烧结后，降温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：5～1：8混合，并向预处理坯料与环氧树脂的混合物中加入预处理坯料质量0.2～0.3倍的固化剂，于温度为30～50℃，转速为120～200r/min的条件下搅拌混合20～40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为150～180℃的条件下压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。本发明所得导热陶瓷纤维纸具有优异的导热性能。

CN 109337290 ACN 109337290 A

权　利　要　求　书

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1.一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，其特征在于，具备步骤为：（1）将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.3～4.0：1.5混合研磨，得混合粉末，将混合粉末煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末洗涤后，干燥，得改性粉末；（2）将改性粉末与无水乙醇按质量比1：10～1：15混合，超声分散，得改性粉末分散液，将改性粉末分散液与氧化石墨烯分散液按质量比2：1～3：1混合，超声分散后，加入改性粉末分散液质量0.3～0.6倍的混合金属盐溶液，搅拌混合后，调节pH至10.0～10.5，得混合分散液，将混合分散液与水合肼按质量比10：1～12：1混合，搅拌反应后，过滤，干燥，研磨，得添加剂；（3）将添加剂与氧化锆纤维按质量比1：5～1：8混合，并加入氧化锆纤维质量5～6倍的定型剂，搅拌混合后，注模，压制成型，静置，得坯料；（4）将坯料烧结后，降温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：5～1：8混合，并加入预处理坯料质量0.1～0.3倍的氧化铝和预处理坯料质量0.2～0.3倍的固化剂，搅拌混合后，过滤，得滤饼，将滤饼加热压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。

2.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述煅烧的方式为以5～10℃/min的升温速率升温至800～850℃，保温煅烧16～20h。

3.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述氧化石墨烯分散液的制备方法为将氧化石墨烯与无水乙醇按质量比1：100～1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯分散液。

4.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述混合金属盐溶液为将质量分数为10～20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为10～18%的氯化铅溶液按质量比1：1～2：1混合，得混合金属盐溶液。

5.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述定型剂为质量分数为40～60%的阿拉伯胶溶液或质量分数为45～65%的桃胶溶液中任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述环氧树脂为环氧树脂E-44或环氧树脂E-51中任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述固化剂为乙二胺，三乙烯四胺或二乙胺中任意一种。

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一种导热陶瓷纤维纸的制备方法

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技术领域

[0001]本发明公开了一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，属于无机材料技术领域。背景技术

[0002]陶瓷纤维纸由精选硅酸铝陶瓷纤维棉为主要原料采用湿法成型工艺制成。在传统工艺基础上改善了除渣和烘干工艺，其特点为无石棉、纤维分布均匀、色泽洁白、无分层、渣球少（四次离心除渣）、容重依据用途灵活调整、强度大（含增强纤维）、弹性好、机械加工性强。因使用温度不同，又分为四种材质，标准、高铝、含锆陶瓷纤维纸。[0003]现有的陶瓷纤维纸是参照造纸工艺以陶瓷纤维棉为原料，经打浆、除渣、配浆、长网成型、真空脱水、施胶、干燥、剪切、打卷等工序制成，其厚度特征都在5mm以下。国标GB/T3003中陶瓷纤维纸的厚度范围定为0.5mm～5mm。更厚的纸有着更大的绝热温差，相关领域对厚度大于5mm的陶瓷纤维纸有着很大的需求，但纸厚超过5mm其表面平整度变差、纸的下表面极易开裂。

[0004]目前传统的陶瓷纤维纸还存在导热性能不佳的问题，因此我们还需对其进行进一步研究。

发明内容

[0005]本发明主要解决的技术问题是：针对传统陶瓷纤维纸导热性能不佳的问题，提供了一种导热陶瓷纤维纸的制备方法。[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种导热陶瓷纤维纸的制备方法，具备步骤为：（1）将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.3～4.0：1.5混合研磨，得混合粉末，将混合粉末煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末洗涤后，干燥，得改性粉末；

（2）将改性粉末与无水乙醇按质量比1：10～1：15混合，超声分散，得改性粉末分散液，将改性粉末分散液与氧化石墨烯分散液按质量比2：1～3：1混合，超声分散后，加入改性粉末分散液质量0.3～0.6倍的混合金属盐溶液，搅拌混合后，调节pH至10.0～10.5，得混合分散液，将混合分散液与水合肼按质量比10：1～12：1混合，搅拌反应后，过滤，干燥，研磨，得添加剂；

（3）将添加剂与氧化锆纤维按质量比1：5～1：8混合，并加入氧化锆纤维质量5～6倍的定型剂，搅拌混合后，注模，压制成型，静置，得坯料；

（4）将坯料烧结后，降温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：5～1：8混合，并加入预处理坯料质量0.1～0.3倍的氧化铝和预处理坯料质量0.2～0.3倍的固化剂，搅拌混合后，过滤，得滤饼，将滤饼加热压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。[0007]步骤（1）所述煅烧的方式为以5～10℃/min的升温速率升温至800～850℃，保温煅烧16～20h。[0008]步骤（2）所述氧化石墨烯分散液的制备方法为将氧化石墨烯与无水乙醇按质量比

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1：100～1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯分散液。[0009]步骤（2）所述混合金属盐溶液为将质量分数为10～20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为10～18%的氯化铅溶液按质量比1：1～2：1混合，得混合金属盐溶液。[0010]步骤（3）所述定型剂为质量分数为40～60%的阿拉伯胶溶液或质量分数为45～65%的桃胶溶液中任意一种。[0011]步骤（4）所述环氧树脂为环氧树脂E-44或环氧树脂E-51中任意一种。[0012]步骤（4）所述固化剂为乙二胺，三乙烯四胺或二乙胺中任意一种。[0013]本发明的有益效果是：

（1）本发明在制备导热陶瓷纤维纸时加入改性粉末，首先，改性粉末中含有四钛酸钾，在加入产品中后，可在产品制备过程中，在烧结时转变为六钛酸钾，并发生自聚，并且由于改性粉末在加入产品时吸附于石墨烯表面，从而可在自聚过程中将石墨烯在产品坯料形成导热通路，进而使产品的导热性能提高，同时由于导热通路的形成可在一定程度上提高产品的抗拉强度，其次，由于加入的定型剂为有机大分子，可在烧结过程中被碳化，从而形成碳颗粒填充于产品中，在四钛酸钾自聚的过程中吸附于陶瓷纤维的表面，进而使产品的导热性进一步提高；

（2）本发明在制备导热陶瓷纤维纸时加入混合金属盐溶液，混合金属盐溶液的加入，可在添加剂制备过程中以氢氧化物的沉淀吸附于石墨烯表面，在后续烧结过程中，可形成合金存在于产品内部，并且在石墨烯形成导热通路的同时，填充于产品内部的孔隙中，进而使产品的导热性能进一步提高，并且由于形成的合金可在进一步烧结过程中熔化，从而可对产品内部的孔隙进行进一步填充，进而使产品的导热性进一步提高。具体实施方式

[0014]将质量分数为10～20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为10～18%的氯化铅溶液按质量比1：1～2：1混合，于温度为30～45℃，转速为300～400r/min的条件下，搅拌混合40～60min后，得混合金属盐溶液；将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.3～4.0：1.5混合于研磨机中，混合研磨1～3h后，得混合粉末，将混合粉末移入煅烧炉煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末分别用质量分数为10～15%的盐酸和去离子水各洗涤8～10次后，并于温度为60～80℃的条件下干燥至恒重，得改性粉末；将改性粉末与无水乙醇按质量比1：10～1：15混合，于频率为45～60kHz的条件下超声分散30～60min后，得改性粉末分散液，将改性粉末分散液与氧化石墨烯分散液按质量比2：1～3：1混合于烧杯中，于频率为50～60kHz的条件下，超声分散20～30min后，向烧杯中加入改性粉末分散液质量0.3～0.6倍的混合金属盐溶液，于温度为30～50℃，转速为600～800r/min的条件下，搅拌混合1～2h后，用质量分数为20～28%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.0～10.5，得混合分散液，将混合分散液与水合肼按质量比10：1～12：1混合，于温度为45～80℃，转速为300～400r/min的条件下，搅拌反应1～3h后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂坯料于温度为70～80℃的条件下干燥1～3h后，并将干燥后的添加剂坯料研磨60～80min，得添加剂；将添加剂与氧化锆纤维按质量比1：5～1：8混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入氧化锆纤维质量5～6倍的定型剂，于温度为50～80℃，转速为300～360r/min的条件下，搅拌混合30～60min后，得混合料，将混合料注模，并于温度为100～120℃的条件下压制成型，并将成型后的混合料于室温条件下静置3～

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6h后，得坯料；将坯料置于马弗炉中，向马弗炉内以100～200mL/min的速率通入氮气，并以5～8℃/min的升温速率升温至300～350℃，再向马弗炉内以50～80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结1～2h后，继续向马弗炉内以150～300mL/min的速率通入氮气，并以8～12℃/min的升温速率升温至800～900℃，保温烧结1～2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：5～1：8混合，并向预处理坯料与环氧树脂的混合物中加入预处理坯料质量0.1～0.3倍的氧化铝和预处理坯料质量0.2～0.3倍的固化剂，于温度为30～50℃，转速为120～200r/min的条件下搅拌混合20～40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为150～180℃的条件下压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。所述煅烧的方式为以5～10℃/min的升温速率升温至800～850℃，保温煅烧16～20h。所述氧化石墨烯分散液的制备方法为将氧化石墨烯与无水乙醇按质量比1：100～1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯分散液。所述定型剂为质量分数为40～60%的阿拉伯胶溶液或质量分数为45～65%的桃胶溶液中任意一种。所述环氧树脂为环氧树脂E-44或环氧树脂E-51中任意一种。所述固化剂为乙二胺，三乙烯四胺或二乙胺中任意一种。

[0015]将质量分数为20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为18%的氯化铅溶液按质量比2：1混合，于温度为45℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合60min后，得混合金属盐溶液；将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.5混合于研磨机中，混合研磨3h后，得混合粉末，将混合粉末移入煅烧炉煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末分别用质量分数为15%的盐酸和去离子水各洗涤10次后，并于温度为80℃的条件下干燥至恒重，得改性粉末；将改性粉末与无水乙醇按质量比1：15混合，于频率为60kHz的条件下超声分散60min后，得改性粉末分散液，将改性粉末分散液与氧化石墨烯分散液按质量比3：1混合于烧杯中，于频率为60kHz的条件下，超声分散30min后，向烧杯中加入改性粉末分散液质量0.6倍的混合金属盐溶液，于温度为50℃，转速为800r/min的条件下，搅拌混合2h后，用质量分数为28%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.5，得混合分散液，将混合分散液与水合肼按质量比12：1混合，于温度为80℃，转速为400r/min的条件下，搅拌反应3h后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂坯料于温度为80℃的条件下干燥3h后，并将干燥后的添加剂坯料研磨80min，得添加剂；将添加剂与氧化锆纤维按质量比1：8混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入氧化锆纤维质量6倍的定型剂，于温度为80℃，转速为360r/min的条件下，搅拌混合60min后，得混合料，将混合料注模，并于温度为120℃的条件下压制成型，并将成型后的混合料于室温条件下静置6h后，得坯料；将坯料置于马弗炉中，向马弗炉内以200mL/min的速率通入氮气，并以8℃/min的升温速率升温至350℃，再向马弗炉内以80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结2h后，继续向马弗炉内以300mL/min的速率通入氮气，并以12℃/min的升温速率升温至900℃，保温烧结2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：8混合，并向预处理坯料与环氧树脂的混合物中加入预处理坯料质量0.3倍的氧化铝和预处理坯料质量0.3倍的固化剂，于温度为50℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为180℃的条件下压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。所述煅烧的方式为以10℃/min的升温速率升温至850℃，保温煅烧20h。所述氧化石墨烯分散液的制备方法为将氧化石墨烯与无水乙醇按质量比1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯分散液。所述定型剂为质量分数为60%的阿拉伯胶溶液。所述环氧树脂为环氧树脂E-44。所述固化剂为乙二胺。

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将氧化石墨烯分散液加入烧杯中，于频率为60kHz的条件下，超声分散30min后，向

烧杯中加入氧化石墨烯分散液质量0.6倍的混合金属盐溶液，于温度为50℃，转速为800r/min的条件下，搅拌混合2h后，用质量分数为28%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.5，得混合分散液，将混合分散液与水合肼按质量比12：1混合，于温度为80℃，转速为400r/min的条件下，搅拌反应3h后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂坯料于温度为80℃的条件下干燥3h后，并将干燥后的添加剂坯料研磨80min，得添加剂；将添加剂与氧化锆纤维按质量比1：8混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入氧化锆纤维质量6倍的定型剂，于温度为80℃，转速为360r/min的条件下，搅拌混合60min后，得混合料，将混合料注模，并于温度为120℃的条件下压制成型，并将成型后的混合料于室温条件下静置6h后，得坯料；将坯料置于马弗炉中，向马弗炉内以200mL/min的速率通入氮气，并以8℃/min的升温速率升温至350℃，再向马弗炉内以80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结2h后，继续向马弗炉内以300mL/min的速率通入氮气，并以12℃/min的升温速率升温至900℃，保温烧结2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：8混合，并向预处理坯料与环氧树脂的混合物中加入预处理坯料质量0.3倍的氧化铝和预处理坯料质量0.3倍的固化剂，于温度为50℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为180℃的条件下压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。所述煅烧的方式为以10℃/min的升温速率升温至850℃，保温煅烧20h。所述氧化石墨烯分散液的制备方法为将氧化石墨烯与无水乙醇按质量比1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯分散液。所述定型剂为质量分数为60%的阿拉伯胶溶液。所述环氧树脂为环氧树脂E-44。所述固化剂为乙二胺。[0017]将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.5混合于研磨机中，混合研磨3h后，得混合粉末，将混合粉末移入煅烧炉煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末分别用质量分数为15%的盐酸和去离子水各洗涤10次后，并于温度为80℃的条件下干燥至恒重，得改性粉末；将改性粉末与无水乙醇按质量比1：15混合，于频率为60kHz的条件下超声分散60min后，得改性粉末分散液，将改性粉末分散液与氧化石墨烯分散液按质量比3：1混合于烧杯中，于频率为60kHz的条件下，超声分散30min后，于温度为50℃，转速为800r/min的条件下，搅拌混合2h后，用质量分数为28%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.5，得混合分散液，将混合分散液与水合肼按质量比12：1混合，于温度为80℃，转速为400r/min的条件下，搅拌反应3h后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂坯料于温度为80℃的条件下干燥3h后，并将干燥后的添加剂坯料研磨80min，得添加剂；将添加剂与氧化锆纤维按质量比1：8混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入氧化锆纤维质量6倍的定型剂，于温度为80℃，转速为360r/min的条件下，搅拌混合60min后，得混合料，将混合料注模，并于温度为120℃的条件下压制成型，并将成型后的混合料于室温条件下静置6h后，得坯料；将坯料置于马弗炉中，向马弗炉内以200mL/min的速率通入氮气，并以8℃/min的升温速率升温至350℃，再向马弗炉内以80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结2h后，继续向马弗炉内以300mL/min的速率通入氮气，并以12℃/min的升温速率升温至900℃，保温烧结2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：8混合，并向预处理坯料与环氧树脂的混合物中加入预处理坯料质量0.3倍的氧化铝和预处理坯料质量0.3倍的固化剂，于温度为50℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为180℃的条件下压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。所述煅烧的方式为以10℃/min的升温速率升温至850℃，保温煅

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烧20h。所述氧化石墨烯分散液的制备方法为将氧化石墨烯与无水乙醇按质量比1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯分散液。所述定型剂为质量分数为60%的阿拉伯胶溶液。所述环氧树脂为环氧树脂E-44。所述固化剂为乙二胺。

[0018]将质量分数为20%的四水合醋酸钴溶液与质量分数为18%的氯化铅溶液按质量比2：1混合，于温度为45℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合60min后，得混合金属盐溶液；将二氧化钛和碳酸钾按摩尔比4.0：1.5混合于研磨机中，混合研磨3h后，得混合粉末，将混合粉末移入煅烧炉煅烧，得预处理改性粉末，将预处理改性粉末分别用质量分数为15%的盐酸和去离子水各洗涤10次后，并于温度为80℃的条件下干燥至恒重，得改性粉末；将改性粉末与无水乙醇按质量比1：15混合，于频率为60kHz的条件下超声分散60min后，得改性粉末分散液，将改性粉末分散液与氧化石墨烯分散液按质量比3：1混合于烧杯中，于频率为60kHz的条件下，超声分散30min后，向烧杯中加入改性粉末分散液质量0.6倍的混合金属盐溶液，于温度为50℃，转速为800r/min的条件下，搅拌混合2h后，用质量分数为28%的氨水调节烧杯内物料的pH至10.5，得混合分散液，将混合分散液与水合肼按质量比12：1混合，于温度为80℃，转速为400r/min的条件下，搅拌反应3h后，过滤，得添加剂坯料，将添加剂坯料于温度为80℃的条件下干燥3h后，并将干燥后的添加剂坯料研磨80min，得添加剂；将添加剂与氧化锆纤维按质量比1：8混合于搅拌机中，于温度为80℃，转速为360r/min的条件下，搅拌混合60min后，得混合料，将混合料注模，并于温度为120℃的条件下压制成型，并将成型后的混合料于室温条件下静置6h后，得坯料；将坯料置于马弗炉中，向马弗炉内以200mL/min的速率通入氮气，并以8℃/min的升温速率升温至350℃，再向马弗炉内以80mL/min的速率通入氢气，保温还原烧结2h后，继续向马弗炉内以300mL/min的速率通入氮气，并以12℃/min的升温速率升温至900℃，保温烧结2h后，将马弗炉内温度降至室温出料，得预处理坯料，将预处理坯料与环氧树脂按质量比1：8混合，并向预处理坯料与环氧树脂的混合物中加入预处理坯料质量0.3倍的氧化铝和预处理坯料质量0.3倍的固化剂，于温度为50℃，转速为200r/min的条件下搅拌混合40min后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为180℃的条件下压制成型，即得导热陶瓷纤维纸。所述煅烧的方式为以10℃/min的升温速率升温至850℃，保温煅烧20h。所述氧化石墨烯分散液的制备方法为将氧化石墨烯与无水乙醇按质量比1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯分散液。所述环氧树脂为环氧树脂E-44。所述固化剂为乙二胺。[0019]对比例：山东某耐火材料厂生产的陶瓷纤维纸。

[0020]将实例1至4所得陶瓷纤维纸和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：

检测上述陶瓷纤维纸的热传导率，具体检测结果如表1所示：表1：性能检测表检测内容实例1实例2实例3实例4对比例热传导率/W/（m·K)0.2100.1070.1380.1260.0

由表1检测结果可知，本发明所得导热陶瓷纤维纸具有优异的导热性能。

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