随着我国工业化和城镇化进程的加速,社会对于化石能源的需求和消耗不断增加。能源的大量生产和使用,造成了能源紧张和环境污染。在此严峻的形势下,节能减排已成为缓解这一危机的有效方法,而节能减排最直接有效的措施就是高效保温材料的开发和利用。因此,本研究利用有机和无机保温材料不同的隔热和耐温性能,开发出层状结构保温复合材料,以满足中低温工业设备高效保温节能的需求。采用改性黑滑石(BT)和中空玻璃微珠(HGB)为填料,用以增强硬质聚氨酯泡沫(RPUF)材料,研究了双相填料比例和用量对RPUF复合材料性能的影响。结果表明,BT/HGB质量比为3/2,复合添加量为5 wt%时,复合材料综合性能最佳。其抗压强度、拉伸强度、导热系数和表面能分别为0.3412 MPa、0.5034 MPa、0.0241W/(m?K)和29.68 m J/m~2。由傅里叶红外光谱分析(FT-IR)可知,偶联剂以物理和化学方式接枝在BT和HGB表面;热重-差热分析(TG-DTA)表明,RPUF复合材料在5%、10%热降解率时的温度和800°C时的残碳率较纯RPUF分别提高50°C、20°C和6%,热稳定性显著提高。以HGB、水玻璃、凹凸棒石和四硼酸锂为原料,制备中空玻璃微珠保温板。通过单因素实验和正交实验确定制备玻璃微珠保温板的最佳工艺参数:水玻璃和HGB质量比为1.5/1,凹凸棒石添加量为3 wt%,四硼酸锂添加量为7 wt%,焙烧温度为450°C和成型圧力为0.2 MPa。最佳工艺参数条件下制备的保温板的密度、气孔率、抗压强度、软化系数和导热系数分别为0.1352 g/cm~3、62.08%、0.6256 MPa、86.76%和0.0467 W/(m?K)。FT-IR测试表明,焙烧温度为450°C时,有利于Si-O-Si交联网络结构的形成;扫描电镜测试表明,粘结剂用量增多,HGB颗粒间粘结更加致密;凹凸棒石分散于微珠间,通过粘结剂将微珠串联起来,从而提高保温板力学性能。将RPUF复合材料和中空玻璃微珠保温板复合,制备夹层结构保温板。通过对夹层结构保温板的胶合强度、耐水和耐温性能测试,确定最佳胶粘剂种类为聚氨酯胶,涂胶量为240 g/m~2。力学性能测试表明,HGB保温板对40 mm厚的RPUF芯板的侧压强度提高了56.67%;对厚为50 mm、70 mm和90 mm的夹层板导热系数进行计算,得到导热系数分别为0.0267 W/(m?K)、0.0259 W/(m?K)、0.0255 W/(m?K)。本研究所采用的工艺和设备简单,原料成本低廉和环保,制备的层状复合板保温性能优越,适用于中低温设备的保温隔热,具有广阔的应用前景和推广价值。