1.本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种隔热保温复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.传统物流车用保温隔热材料采用泡沫板复合钢板，虽然具有一定保温隔热效果，但该保温隔热复合材料质量太大，给运输和使用带来不便。聚氨酯也被广泛应用在保温隔热材料领域，但聚氨酯不能回收，也不利于环保。此外，物流车保温隔热用材料由于需要满足较大耐撕裂性能和抗冲击性能等力学性能，当使用多层材料时，对于不同层间的结合力也具有较高要求，以及要满足长途运输实现较好保温隔热性能因此对材料的保温隔热材料性能同样具有较高要求。
3.gmt材料是由玻璃纤维毡和热塑性树脂复合而成的一种新型复合材料，因该材料强度高，冲击韧性高，承载性好，耐高温，质量轻，可再生利用，不易变形，良好的吸音和隔音、无气味等优点，在物流车保温隔热材料应用领域具有较大潜力。仅使用玻璃纤维毡时，虽能发挥一定的保温隔热效果，但存在着存在保温隔热效率低，热量散失大的弊病。此外，gmt材料中热塑性树脂和玻璃纤维结合困难，制备玻璃纤维毡的时候就需要使用更多的粘接剂，这导致环境污染的同时还会增加制备工艺难度，如cn202220041123.x。
4.针对以上问题，有研究在制备隔热复合材料时设置气凝胶层，如cn217105608u和cn208867647u，但该设置存在以下问题：(1)气凝胶无法较大量添加，由于气凝胶添加量过大会导致需要增大粘结剂用量；(2)气凝胶单独设置为一层且该层气凝胶含量相对过高会导致气凝胶保温层与表层层间结合强度变差，制备的材料的力学性能较差。
技术实现要素：
5.为解决以上技术问题，本发明提供了一种隔热保温复合材料及其制备方法，具体技术方案如下：一种隔热保温复合材料，其特征在于，包括面层、芯层和底层，芯层设于面层和底层之间；所述面层和底层均为玻纤增强聚丙烯复合材料；所述芯层为gmt气凝胶毡，所述gmt气凝胶毡包括轻质gmt材料以及覆盖在轻质gmt材料表面的气凝胶，硅溶胶干燥后的产物为气凝胶；所述轻质gmt材料包括混纺纤维毡及气凝胶与树脂粉的复合层，所述复合层包括两层，设置在混纺纤维毡的上下表面。
6.所述复合层中气凝胶与树脂粉的质量比为1:10～20。
7.所述复合层中树脂粉为聚丙烯树脂粉。
8.所述芯层厚度约为3～30mm，面层和底层厚度均为0.5～2mm。
9.所述复合层中气凝胶为疏水气凝胶。所述的疏水气凝胶为气凝胶经过kh560表面改性制备得到的含环氧基的气凝胶。其制备方法是将气凝胶放入5～10wt％的kh560中浸泡2～8h后在50～60℃下干燥所得。
10.所述疏水气凝胶含环氧基，环氧基与硅溶胶中醇羟基进行随机缩合，从而进一步增强复合层与气凝胶的结合强度。
11.本发明还提供了一种隔热保温复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)轻质gmt材料制备：将改性聚丙烯纤维与玻璃纤维共同混纺制得混纺纤维毡，在该混纺纤维毡表面铺一层树脂粉与气凝胶的混合粉末，经浸渍、热压及烘烤后得到轻质gmt材料；(2)gmt气凝胶毡的制备：将轻质gmt材料与硅溶胶溶液浸渍混合，待硅溶胶溶液凝胶后，经干燥得到gmt气凝胶毡；(3)玻纤增强聚丙烯复合材料的制备：将聚丙烯树脂、炭黑m717和抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)混搅均匀后造粒，再制备成树脂膜，将树脂膜、玻璃纤维毡及树脂膜依次铺放，进行热压、冷却定型得到玻纤增强聚丙烯复合材料；(4)将玻纤增强聚丙烯复合材料、gmt气凝胶毡和玻纤增强聚丙烯复合材料依次铺放，模压成型即得隔热保温复合材料。
12.所述(1)中加入的树脂粉为聚丙烯树脂粉，其能够使混纺纤维毡表面充分浸渍树脂粉，在后续加热、热压后聚丙烯树脂和气凝胶能充分将混纺纤维毡包裹。
13.所述(1)中改性聚丙烯纤维与玻璃纤维共同混纺的混合质量比为2～6∶3～8；混纺毡中由于含有聚丙烯纤维，在热压时具有粘度，一方面可以提供与复合层更强的结合强度，另一方面便于控制整体隔热保温复合材料的厚度；所述(1)中改性聚丙烯纤维的制备方法为：取90～95份聚丙烯树脂、2～6份聚丁二烯、0.1～1份偶氮二异丁腈、0.1～1份环状酸酐型和0.1～1份双酚a型氰酸酯混合，升温升压至130-140℃、15-20mpa下后快速搅拌，得改性聚丙烯树脂，然后进行喷丝处理得改性聚丙烯纤维。对聚丙烯纤维改性使得使聚丙烯纤维和玻璃纤维混合更加均匀。
14.所述(1)中浸渍可使用静电干法浸渍，可以使树脂粉在纤维毡表面更加均匀。
15.所述(2)中还可根据需要在凝胶阶段进行表面疏水改性。
16.所述(2)中干燥温度为90～120℃。
17.所述(3)中各组分的含量分别为聚丙烯树脂97.5wt％、炭黑m717 2wt％、抗氧剂0.5wt％。
18.所述(3)中玻纤增强聚丙烯复合材料中还可添加气凝胶，各组分的含量分别为聚丙烯树脂94.5wt％、炭黑m717 2wt％、抗氧剂0.5wt％及气凝胶3wt％。
19.所述(4)中模压的温度为180～200℃、热压压力为3～5mpa及热压时间为1～4min。
20.相比现有技术，本发明中的技术方案具有以下优点：(1)本发明在制备芯层中，预先在树脂粉中混入气凝胶干粉，解决了现有技术中由于单独设置气凝胶层导致的材料力学性能差以及气凝胶与其他组分混加无法加入过多产生的隔热性能不够优异的问题，使得制备的材料保温性能和隔热性能优异。
21.(2)本发明纤维毡采用聚丙烯树脂与玻璃纤维毡的混纺毡，聚丙烯树脂在纤维毡中均匀的分布，通过热压聚丙烯树脂还可以具有粘结作用，使得芯层层间界面结合强度较高的同时，还有利于通过热压控制复合材料的整体厚度。
22.(3)本发明通过在gmt材料中引入至少两层气凝胶层，并使不同气凝胶层通过化学键连接，进一步增强了不同层间的界面结合强度，同时轻质的气凝胶成分均匀附着在玻璃
纤维毡表面，进一步提高了gmt材料的保温隔热性能。
23.(4)本发明工艺，使得芯层材料中树脂粉和面层材料中树脂在热压时通过熔融的聚丙烯树脂相互结合，很好地解决gmt材料界面结合困难的问题，不需要额外使用粘接剂，更有利于环保。
24.(5)本发明提供的复合材料所有层间界面结合强度较高，具有优异的耐冲击性能、抗撕裂性能等力学性能，增加了隔热保温复合材料的使用寿命。
具体实施方式
25.所述复合层中气凝胶为疏水气凝胶。所述的疏水气凝胶为气凝胶经过kh560表面改性制备得到的含环氧基的气凝胶。其制备方法是将气凝胶放入5wt％的kh560中浸泡4h后在60℃下干燥所得。
26.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
27.实施例1(1)轻质gmt材料的制备：按质量比为92:6:1:0.5:0.5分别取聚丙烯树脂、聚丁二烯、偶氮二异丁腈、环状酸酐型和双酚a型氰酸酯混合后升温升压至130℃，15mpa后快速搅拌，得改性聚丙烯树脂，接着进行喷丝处理得改性聚丙烯纤维备用；然后按质量比为1:1选取玻璃纤维和改性聚丙烯纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得3000g/m2混纺纤维毡，按需进行裁剪备用；按气凝胶：聚丙烯树脂质量比为1:15将kh560改性的疏水气凝胶与聚丙烯树脂粉的混合粉末喷撒至混纺纤维毡表面，喷撒量为100g/m2，使其表面均匀铺上一层混合粉末，通过静电干法浸渍使粉末快速浸渍毛毡，其中浸渍时间为15s，穿行速度为5m/min，将上述获得的混合毡进行双面针刺加固，针刺为上下50刺/cm2，针刺深度上下各为15mm，上述预热毡板加热至150℃后采用连续辊压进行热压4min，后置于烘箱中170℃加热烘烤60min，得15mm厚的轻质gmt材料。
28.(2)gmt气凝胶毡：将轻质gmt材料以成卷的形式放置于合适的容器中，将制备好的硅溶胶溶液注入铺覆好的轻质gmt材料中，排尽轻质gmt材料中的空气，待溶液凝胶后经超临界流体干燥得到gmt气凝胶毡；(3)玻璃纤维增强聚丙烯材料复合材料的制备：按质量比为94.5:2:0.5:3取聚丙烯树脂、炭黑m717、抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)和气凝胶，500r/min下搅拌均匀，熔融挤出后制备成树脂膜。将树脂膜/玻璃纤维毡/树脂膜依次铺放，模压设备加热至200℃，将树脂膜充分熔融，在5mpa压力下热压，冷却定型，得到玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料；(4)热压复合：将一层玻纤增强聚丙烯材料复合材料、一层气凝胶增强gmt复合材料以及玻纤增强聚丙烯材料复合材料依次铺放，采用双钢带连续压机模压成型，在热压温度为200℃，热压压力为4mpa，热压时间为3min下模压成型，通过热压复合定型，即得隔热保温复合材料。
29.实施例2(1)轻质gmt材料制备：
按质量比为92:6:1:0.5:0.5分别取聚丙烯树脂、聚丁二烯、偶氮二异丁腈、环状酸酐型和双酚a型氰酸酯混合后升温升压至130℃，15mpa后快速搅拌，得改性聚丙烯树脂，接着进行喷丝处理得改性聚丙烯纤维备用；然后按质量比为1:1选取玻璃纤维和改性聚丙烯纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得3000g/m2混纺纤维毡，按需进行裁剪备用；按气凝胶：聚丙烯树脂质量比为1:20将kh560改性的疏水气凝胶与聚丙烯树脂粉的混合粉末喷撒至混纺纤维毡表面，喷撒量为100g/m2，使其表面均匀铺上一层混合粉末，通过静电干法浸渍使粉末快速浸渍毛毡，其中浸渍时间为15s，穿行速度为5m/min，将上述获得的混合毡进行双面针刺加固，针刺为上下50刺/cm2，针刺深度上下各为15mm，上述预热毡板加热至150℃后采用连续辊压进行热压4min，后置于烘箱中170℃加热烘烤60min，得15mm厚的轻质gmt材料。
30.(2)gmt气凝胶毡的制备：将轻质gmt材料以成卷的形式或者平铺的形式放置于合适的容器中，将制备好的硅溶胶溶液注入铺覆好的轻质gmt材料中，排尽轻质gmt材料中的空气，待溶液凝胶后经超临界流体干燥得到gmt气凝胶毡；(3)玻璃纤维增强聚丙烯材料复合材料的制备：按质量比为94.5:2:0.5:3取聚丙烯树脂、炭黑m717、抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)和气凝胶，500r/min下搅拌均匀，熔融挤出后制备成树脂膜。将树脂膜/玻璃纤维毡/树脂膜依次铺放，模压设备加热至200℃，将树脂膜充分熔融，在5mpa压力下热压，冷却定型，得到玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料；(4)热压复合：将一层玻纤增强聚丙烯材料复合材料、一层气凝胶增强gmt复合材料以及玻纤增强聚丙烯材料复合材料依次铺放，采用双钢带连续压机模压成型，在热压温度为200℃，热压压力为4mpa，热压时间为3min下模压成型，通过热压复合定型，即得隔热保温复合材料。
31.实施例3(1)轻质gmt材料制备：按质量比为92:6:1:0.5:0.5分别取聚丙烯树脂、聚丁二烯、偶氮二异丁腈、环状酸酐型和双酚a型氰酸酯混合后升温升压至130℃，15mpa后快速搅拌，得改性聚丙烯树脂，接着进行喷丝处理得改性聚丙烯纤维备用；然后按质量比为1:1选取玻璃纤维和改性聚丙烯纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得3000g/m2混纺纤维毡，按需进行裁剪备用；按气凝胶：聚丙烯树脂质量比为1:10将kh560改性的疏水气凝胶与聚丙烯树脂粉的混合粉末喷撒至混纺纤维毡表面，喷撒量为100g/m2，使其表面均匀铺上一层混合粉末，通过静电干法浸渍使粉末快速浸渍毛毡，其中浸渍时间为15s，穿行速度为5m/min，将上述获得的混合毡进行双面针刺加固，针刺为上下50刺/cm2，针刺深度上下各为15mm，上述预热毡板加热至150℃后采用连续辊压进行热压4min，后置于烘箱中170℃加热烘烤60min，得15mm厚的轻质gmt材料。
32.(2)gmt气凝胶毡的制备：将轻质gmt材料以成卷的形式或者平铺的形式放置于合适的容器中，将制备好的硅溶胶溶液注入铺覆好的轻质gmt材料中，排尽轻质gmt材料中的空气，待溶液凝胶后经超临界流体干燥得到gmt气凝胶毡；
(3)玻璃纤维增强聚丙烯材料复合材料的制备：按质量比为94.5:2:0.5:3取聚丙烯树脂、炭黑m717、抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)和气凝胶，500r/min下搅拌均匀，熔融挤出后制备成树脂膜。将树脂膜/玻璃纤维毡/树脂膜依次铺放，模压设备加热至200℃，将树脂膜充分熔融，在5mpa压力下热压，冷却定型，得到玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料；(4)热压复合：将一层玻纤增强聚丙烯材料复合材料、一层气凝胶增强gmt复合材料以及玻纤增强聚丙烯材料复合材料依次铺放，采用双钢带连续压机模压成型，在热压温度为200℃，热压压力为4mpa，热压时间为3min下模压成型，通过热压复合定型,即得隔热保温复合材料。
33.实施例4(1)轻质gmt材料制备：按质量比为92:6:1:0.5:0.5分别取聚丙烯树脂、聚丁二烯、偶氮二异丁腈、环状酸酐型和双酚a型氰酸酯混合后升温升压至130℃，15mpa后快速搅拌，得改性聚丙烯树脂，接着进行喷丝处理得改性聚丙烯纤维备用；然后按质量比为4:1选取玻璃纤维和改性聚丙烯纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得3000g/m2混纺纤维毡，按需进行裁剪备用；按气凝胶：聚丙烯树脂质量比为1:15将kh560改性的疏水气凝胶与聚丙烯树脂粉的混合粉末喷撒至混纺纤维毡表面，喷撒量为100g/m2，使其表面均匀铺上一层混合粉末，通过静电干法浸渍使粉末快速浸渍毛毡，其中浸渍时间为15s，穿行速度为5m/min，将上述获得的混合毡进行双面针刺加固，针刺为上下50刺/cm2，针刺深度上下各为15mm，上述预热毡板加热至150℃后采用连续辊压进行热压4min，后置于烘箱中170℃加热烘烤60min，得15mm厚的轻质gmt材料。
34.(2)gmt气凝胶毡的制备：将轻质gmt材料以成卷的形式或者平铺的形式放置于合适的容器中，将制备好的硅溶胶溶液注入铺覆好的轻质gmt材料中，排尽轻质gmt材料中的空气，待溶液凝胶后经超临界流体干燥得到gmt气凝胶毡的制备；(3)玻璃纤维增强聚丙烯材料复合材料的制备：按质量比为94.5:2:0.5:3取聚丙烯树脂、炭黑m717、抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)和气凝胶，500r/min下搅拌均匀，熔融挤出后制备成树脂膜。将树脂膜/玻璃纤维毡/树脂膜经拆片后依次铺放，模压设备加热至200℃，将树脂膜充分熔融，在5mpa压力下热压，冷却定型，得到玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料；(4)热压复合：将一层玻纤增强聚丙烯材料复合材料、一层气凝胶增强gmt复合材料以及玻纤增强聚丙烯材料复合材料依次铺放，采用双钢带连续压机模压成型，在热压温度为200℃，热压压力为4mpa，热压时间为3min下模压成型，通过热压复合定型,即得隔热保温复合材料。
35.实施例5(1)轻质gmt材料制备：按质量比为92:6:1:0.5:0.5分别取聚丙烯树脂、聚丁二烯、偶氮二异丁腈、环状酸酐型和双酚a型氰酸酯混合后升温升压至130℃，15mpa后快速搅拌，得改性聚丙烯树脂，接着进行喷丝处理得改性聚丙烯纤维备用；然后按质量比为1:2选取玻璃纤维和改性聚丙烯
纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得3000g/m2混纺纤维毡，按需进行裁剪备用；按气凝胶：聚丙烯树脂质量比为1:15将kh560改性的疏水气凝胶与聚丙烯树脂粉的混合粉末喷撒至混纺纤维毡表面，喷撒量为100g/m2，使其表面均匀铺上一层混合粉末，通过静电干法浸渍使粉末快速浸渍毛毡，其中浸渍时间为15s，穿行速度为5m/min，将上述获得的混合毡进行双面针刺加固，针刺为上下50刺/cm2，针刺深度上下各为15mm，上述预热毡板加热至150℃后采用连续辊压进行热压4min，后置于烘箱中170℃加热烘烤60min，得15mm厚的轻质gmt材料。
36.(2)gmt气凝胶毡的制备：将轻质gmt材料以成卷的形式或者平铺的形式放置于合适的容器中，将制备好的硅溶胶溶液注入铺覆好的轻质gmt材料中，排尽轻质gmt材料中的空气，待溶液凝胶后经超临界流体干燥得到gmt气凝胶毡；(3)玻璃纤维增强聚丙烯材料复合材料的制备：按质量比为94.5:2:0.5:3取聚丙烯树脂、炭黑m717、抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)和气凝胶，500r/min下搅拌均匀，熔融挤出后制备成树脂膜。将树脂膜/玻璃纤维毡/树脂膜依次铺放，模压设备加热至200℃，将树脂膜充分熔融，在5mpa压力下热压，冷却定型，得到玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料；(4)热压复合：将一层玻纤增强聚丙烯材料复合材料、一层气凝胶增强gmt复合材料以及玻纤增强聚丙烯材料复合材料依次铺放，采用双钢带连续压机模压成型，在热压温度为200℃，热压压力为4mpa，热压时间为3min下模压成型，通过热压复合定型,即得隔热保温复合材料。
37.实施例6(1)轻质gmt材料制备：按质量比为92:6:1:0.5:0.5分别取聚丙烯树脂、聚丁二烯、偶氮二异丁腈、环状酸酐型和双酚a型氰酸酯混合后升温升压至130℃，15mpa后快速搅拌，得改性聚丙烯树脂，接着进行喷丝处理得改性聚丙烯纤维备用；然后按质量比为1:2选取玻璃纤维和改性聚丙烯纤维混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得3000g/m2混纺纤维毡，按需进行裁剪备用；按气凝胶：聚丙烯树脂质量比为1:15将kh560改性的疏水气凝胶与聚丙烯树脂粉的混合粉末喷撒至混纺纤维毡表面，喷撒量为100g/m2，使其表面均匀铺上一层混合粉末，通过静电干法浸渍使粉末快速浸渍毛毡，其中浸渍时间为15s，穿行速度为5m/min，将上述获得的混合毡进行双面针刺加固，针刺为上下50刺/cm2，针刺深度上下各为15mm，上述预热毡板加热至150℃后采用连续辊压进行热压4min，后置于烘箱中170℃加热烘烤60min，得15mm厚的轻质gmt材料。
38.(2)gmt气凝胶毡的制备：将轻质gmt材料以成卷的形式或者平铺的形式放置于合适的容器中，将制备好的硅溶胶溶液注入铺覆好的轻质gmt材料中，排尽轻质gmt材料中的空气，待溶液凝胶后经超临界流体干燥得到gmt气凝胶毡；(3)玻璃纤维增强聚丙烯材料复合材料的制备：按质量比为97.5:2:0.5取聚丙烯树脂、炭黑m717、抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)，500r/min下搅拌均匀，熔融挤出后制备成树脂膜。将树脂
膜/玻璃纤维毡/树脂膜依次铺放，模压设备加热至200℃，将树脂膜充分熔融，在5mpa压力下热压，冷却定型，得到玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料；(4)热压复合：将一层玻纤增强聚丙烯材料复合材料、一层气凝胶增强gmt复合材料以及玻纤增强聚丙烯材料复合材料依次铺放，采用双钢带连续压机模压成型，在热压温度为200℃，热压压力为4mpa，热压时间为3min下模压成型，通过热压复合定型,即得隔热保温复合材料。
39.对比例1：(1)普通gmt复合材料的制备方法：将玻璃纤维束分散在网带上，将聚酯树脂粉均匀撒在玻璃纤维束中，再加热至200℃让聚酯树脂粉固化形成玻璃纤维毡，将聚丙烯树脂、炭黑m717、抗氧剂(所述的抗氧剂1010和抗氧剂168以质量比1：1的混合物)，在1500转/分钟的速度下搅拌5min，然后在挤出机中熔融共混挤出造粒得到树脂基体颗粒，再将树脂基体颗粒压膜成树脂基体，将树脂基体与一层玻璃纤维毡交替铺放，设备加热至230℃，将树脂基体充分熔融，在10mpa压力下热压；冷却定型，得到普通gmt材料；(2)将气凝胶颗粒和粘结剂混合，热压制成气凝胶保温层。将上述普通gmt材料、气凝胶保温层及普通gmt材料依次层叠铺放。
40.(3)热压定形：采用双钢带连续压机模压成型，热压温度为150℃，热压压力为4mpa，热压时间为3min，通过热压复合定型，即得隔热保温复合材料。
41.对比例2对比例2与实施例1的区别在于轻质gmt材料制备过程中不使用树脂粉与气凝胶的混合粉末浸渍，仅在混纺纤维毡表面平铺一层树脂粉。
42.测试结果测试项导热系数冲击强度(kj/m2)剥离力(n)实施例10.02810280实施例20.02810582实施例30.0289675实施例40.0359374实施例50.0311285实施例60.0310783对比例10.0538出现分层对比例20.068361本发明实施例为本发明提供的复合材料的几种实例，对比例为现有技术提供的复合材料，由以上测试结果可以看出，本发明制备的复合料导热性能优异，冲击强度和剥离力相关的力学性能较好。