莫來石-滌綸復合纖維增強SiO2氣凝膠隔熱材料的研究.pdf

1、SiO2氣凝膠是一種具有三維孔洞骨架結(jié)構(gòu)的非金屬固體材料，主要通過溶膠-凝膠法和常壓干燥技術制備而成。因其孔隙率和比表面積較大，這種氣凝膠是目前世界上公認的密度最低，隔熱效果最好的一種環(huán)境友好型固體保溫材料。因其優(yōu)異的隔熱性能和簡單的生產(chǎn)工藝，SiO2氣凝膠在管道保溫，航天航空以及化工冶金等領域得到了廣泛的應用。
　　采用正硅酸乙酯（TEOS）為原料，酸堿兩步法進行催化，通過添加莫來石纖維以提高強度，并配合滌綸有機纖維來增強氣凝膠

2、的柔韌性，其中經(jīng)過了兩級老化、溶劑置換、表面疏水改性，表面清洗等輔助工藝過程制備出了纖維增強疏水SiO2氣凝膠復合材料。然后采用SEM、BET、FT-IR、萬能實驗機和導熱系數(shù)儀等測試分析手段，對莫來石-滌綸纖維增強SiO2氣凝膠隔熱材料的物相、微觀形貌、組織結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、力學性能以及熱傳導等方面進行了測試與分析。
　　本實驗主要研究去離子水、無水乙醇、酸堿催化劑、表面改性劑以及凝膠溫度等對氣凝膠的凝膠時間、氣凝膠的密度、體積收縮

3、率、比表面積、孔隙率和力學性能等性能的影響，確定制備SiO2氣凝膠復合材料最佳工藝：最佳原料配比TEOS：EtOH：H2O=1：4：3，酸催化調(diào)節(jié)pH在3-4之間，水解溫度在60℃左右，堿催化調(diào)節(jié)pH在8-9之間，在凝膠溫度為30℃下老化24h，溶劑置換過程先采用無水乙醇置換24h，再采用正己烷進行24h的置換，表面改性劑TMCS/正己烷（體積比）濃度為9％，改性時間為24h。
　　經(jīng)過常壓干燥制備的莫來石-滌綸纖維增強SiO2氣

4、凝膠表面平整無裂紋，顏色偏白的輕質(zhì)納米多孔塊狀材料，具有良好的三維空間納米結(jié)構(gòu)。通過相關測試得到SiO2氣凝膠典型樣品的各項參數(shù)為：密度為0.225g/cm3，體積收縮率為3.36%，比表面積為898.55m2/g，孔隙率為82.88%，SiO2氣凝膠骨架之間的孔洞比較均勻，孔徑大小集中分布在10nm以下，氣凝膠骨架粒徑主要分布10-100nm范圍內(nèi)。SiO2氣凝膠與復合纖維氈結(jié)合后，SiO2氣凝膠填充了復合纖維之間絕大多數(shù)的微米級孔洞

5、，分布效果比較均勻，纖維和氣凝膠形成比較致密的結(jié)構(gòu)，使得SiO2氣凝膠復合材料的力學性能大幅提高，抗壓強度2.25MPa，抗折強度1.95MPa，氣凝膠的常溫有效導熱系數(shù)在0.025-0.050W/(m·K)之間。
　　確定了纖維氈添加的工藝參數(shù)和常壓干燥制備的工藝參數(shù)：莫來石纖維氈為增強相，滌綸纖維氈為增韌相，纖維氈體積與溶膠體積比值為0.9最佳，滌綸纖維氈和莫來石纖維氈的體積比0.8。常壓干燥分三個階段，60℃下干燥12h，&