玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的改性研究

通过选取无水乙醇为溶剂,以SiO₂气凝胶为溶质,制备SiO₂气凝胶改性溶液,并将其应用于改善玻璃棉的保温性能。通过浸润及常压干燥的方法制取玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板,研究SiO₂气凝胶的质量分数和浸润时间对其性能的影响,并与溶胶-凝胶法制备的玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板相比。研究表明SiO₂气凝胶的质量分数和浸润时间对玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板的性能有显著影响。当SiO₂气凝胶质量分数达到8%且浸润时间为20 min时,玻璃棉/SiO₂气凝胶复合板的短期吸水率、热导率分别下降了38.09%、18.32%,抗压强度上升了102.89%。与溶胶-凝胶法相比,本方法具有制备周期短、工艺较为简洁、成本低等优点,更适宜于大规模生产应用。     

改性纳米SiO2增强聚丙烯酰胺基凝胶的性能研究

为提升聚丙烯酰胺基水凝胶的综合性能,增加其可用性,用KH-570改性纳米SiO₂,制得毫米级的改性纳米SiO₂复合聚丙烯酰胺基凝胶颗粒。并与丙烯酰胺和丙烯酸发生共聚反应,形成共聚物,探究改性纳米SiO₂添加量对复合凝胶的吸水倍率、强度、溶解时间以及残留率的影响。结果表明,改性纳米SiO₂添加量在15%～17%时,复合凝胶颗粒的吸水倍率和强度在各温度段有较大提升;凝胶完全溶解后,残留物为纳米SiO₂,对环境无害,有望应用在石油开采领域,减少对环境的破坏。     

SiO2气凝胶的制备及其吸附性能研究进展

SiO₂气凝胶具备三维网络结构、高孔隙率、高比表面积和低体积密度，已被广泛研究用作吸附剂。但具备良好吸附性能的SiO₂气凝胶材料也存在着制备工艺及条件复杂、成本较高等问题，限制了其在相关工业领域的应用。本文简要介绍了目前SiO₂气凝胶常用改性工艺，重点介绍了其在染料废水、有机污染物、废气净化及特殊元素处理等领域的研究进展，指出了未来SiO₂气凝胶作为吸附剂推广应用需突破的技术难关。     

新型纳米颗粒/SiO2复合气凝胶制备及吸附催化应用进展

SiO₂气凝胶作为一种新型多孔网络结构材料，具有高比表面积、低热导率及低折射率等优异性能，在多领域具有广泛的应用前景，但是纯SiO₂气凝胶存在力学强度低、质脆易裂等缺陷，严重制约了其规模化应用。因此，如何提升气凝胶的力学性能成为突破其产业化瓶颈的重点。目前，通过引入功能性增强相是改善SiO₂气凝胶多孔骨架强度和柔韧性的最有效途径之一。本综述首先介绍了SiO₂气凝胶制备及复合改性方法；然后对功能纳米颗粒/SiO₂复合气凝胶合成进行探讨，分析了不同维度纳米材料如0D金属氧化物颗粒、1D纳米管/纳米纤维、2D氧化石墨烯纳米片（GO）以及3D金属有机骨架材料（MOFs）对气凝胶孔道结构和表面物化特性的影响，最后，论述了SiO₂复合气凝胶在环境吸附催化领域中的应用潜力。     

疏水纤维素/SiO2复合气凝胶的制备和表征

以微晶纤维素和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,通过溶胶-凝胶法制备了4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶,并利用十八烷基三氯硅烷(OTS)对复合气凝胶进行疏水改性,利用X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等对4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶及其疏水改性产物进行表征分析。结果表明:4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶均为白色固体,密度范围43.6~50.7 mg/cm³;XRD、EDS和FT-IR分析表明4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶中均含有硅元素,疏水纤维素/SiO₂复合气凝胶中均含有硅、氯元素;SEM分析表明4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶及其改性产物均呈现三维网状结构,改性产物的三维网状结构的孔隙变小。疏水纤维素/SiO₂复合气凝胶的接触角测试结果表明,4种样品接触角均大于90°,达到疏水状态,且随着TEOS用量的增加,接触角逐渐增大(最大接触角144.5°),疏水性能提高。     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的高温疏水改性及失效机制

SiO₂气凝胶隔热复合材料已经广泛应用于航空航天、石油化工等隔热保温领域,通过疏水改性可大幅拓展其应用场景。为了使SiO₂气凝胶隔热复合材料在更高温度仍保持良好的疏水性能,采用聚硅氧烷改性硅酸盐涂料对SiO₂气凝胶隔热复合材料进行表面刷涂疏水改性,然后研究了涂层厚度对裂纹扩张的影响以及涂层在高温下疏水性能的失效机制和刷涂改性前后复合材料的耐磨损性能。结果表明,当涂层厚度大约为13 μm时,所制备的涂层表面无裂纹,接触角可达(113±2)°,经450 ℃高温热处理1 800 s后接触角依然可以保持在105°左右,表现出良好的热稳定性,同时涂层显著提高了复合材料的耐磨损性能。     

纳米SiO2和聚丙烯纤维对煤矸石二灰混合料改性试验研究

为了研究纳米SiO₂和聚丙烯纤维对煤矸石二灰混合料力学性能及水稳定性能的影响,通过无侧限抗压强度试验、劈裂试验测得各组试件改性前后强度值,并对干湿循环后试件质量、强度值及声发射特性进行分析。结果表明:纳米SiO₂可以提高煤矸石二灰混合料的抗压强度,掺量为2.5%(质量分数)时效果最佳;同时加入纳米SiO₂和聚丙烯纤维可以进一步提升混合料的力学性能,掺加2.5%纳米SiO₂和0.15%(体积分数)聚丙烯纤维时煤矸石二灰混合料力学性能最好;掺加2.5%纳米SiO₂和0.10%(体积分数)聚丙烯纤维的煤矸石二灰混合料水稳定性能最佳。     

SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

SiO₂气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO₂气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO₂气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。     

基于SiO2气凝胶及空心微珠填料的织物用隔热涂料的性能研究

为提高织物用隔热涂料的隔热性能，将SiO₂气凝胶和SiO₂空心微珠复配作为填料，研究了填料种类和添加量对涂层隔热性能及疏水性能的影响。结果表明：气凝胶和空心微珠分别添加15%和20%时，隔热效果最好，隔热率分别为21.16%和16.17%。10%气凝胶和20%空心微珠进行复配时，涂层隔热效果进一步提升，隔热率可达到24.83%，且此时疏水性能最好，水接触角可达116.82°，这表明隔热材料的复配能进一步提高涂层的隔热性能和疏水性能，可有效拓宽功能性，展现出更加宽阔的应用前景。     

纳米SiO2改性纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料早期性能及微观结构

为优化纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料(OPC-CSA-ECC)的性能,拓宽纳米SiO₂的应用范围,本文系统探讨了纳米SiO₂对OPC-CSA-ECC凝结时间、强度和韧性的影响,并结合XRD和SEM分析了体系的微观结构和改性机制。结果表明:纳米SiO₂缩短了复合胶凝体系的凝结时间,且掺量越大凝结时间越短;纳米SiO₂可提高OPC-CSA-ECC的强度和韧性,纳米SiO₂的适宜掺量在1.5%(质量分数),对应的7 d和28 d龄期抗压强度分别为59.1 MPa和85.4 MPa,等效弯曲韧性分别为195.82 kJ/m³和256.51 kJ/m³。纳米SiO₂没有改变水化产物的种类,但促进了C-S-H凝胶生成且消耗了部分portlandite晶体。SiO₂通过提高基体密实度增大了基体与纤维之间的粘结性能,有助于应变硬化行为的实现。     

A novel strategy for the construction of silk fibroin–SiO2 composite aerogel with enhanced mechanical property and thermal insulation performance

The practical application of silica aerogels is an enormous challenge due to the difficulties in improving both mechanical property and thermal insulation performance. In this work, silk fibroin was used as scaffold to improve the mechanical property and thermal insulation performance of silica aerogels. The ungelled SiO₂ precursor solution was impregnated into silk fibroin to prepare silk fibroin–SiO₂ composite aerogels via sol−gel method followed by freeze-drying. By virtue of the interfacial hydrogen-bonding interactions and chemical reactions between silk fibroin and silica nanoparticles, SiO₂ was well-dispersed in the silk fibroin aerogel and composite aerogels exhibited enhanced mechanical property. By increasing the loading of silk fibroin from 15 wt % to 21 wt %, the maximum compressive stress was enhanced from 0.266 to 0.508 MPa when the strain reached 50%. The thermal insulation performance of the composite aerogels was improved compared with pure silica aerogel, as evidenced that the thermal conductivity was decreased from 0.0668 to 0.0341 W∙m^‒1∙K^‒1. Moreover, the composite aerogels exhibited better hydrophobicity and fire retardancy compared to pure silica aerogel. Our work provides a novel approach to preparing silk fibroin–SiO₂ composite aerogels with enhanced mechanical property and thermal insulation performance, which has potential application as thermal insulation material.     

硅酸铝纤维和玻璃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备与性能

分别以硅酸铝纤维和玻璃纤维为骨架材料,采用溶胶-凝胶、常压干燥制得纤维复合二氧化硅气凝胶材料,并对材料进行了结构和性能的测试分析。结果表明,二氧化硅气凝胶附着于纤维表面,提高了材料力学强度。硅酸铝纤维复合二氧化硅气凝胶材料的隔音性能优于玻璃纤维复合二氧化硅气凝胶材料。两种纤维复合二氧化硅气凝胶材料耐高温、燃烧性能均达到A级。硅酸铝纤维复合二氧化硅气凝胶材料和玻璃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的产烟毒性分别为AQ₁级和AQ₂级,导热系数分别为0.034 W/（m·K）和0.033 W/（m·K）。     

硅烷偶联剂改性玻璃纤维增强硅气凝胶的研究

为了达到增强硅气凝胶力学性能的目的,采用硅烷偶联剂KH550与KH560二步改性接枝玻璃纤维,进而制备纤维增强硅气凝胶。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪、比表面及孔径分布仪、热重-差热分析仪、导热系数仪、电子动静态疲劳试验机等对其表征。实验结果表明：硅烷偶联剂改性玻璃纤维与硅气凝胶复合后网络结构更加均匀、骨架强度更加稳定、孔径多在30 nm以下、具有良好的热稳定性;同时,改性玻璃纤维的最佳添加量为20%（质量分数）,此时其密度为0.167 g/cm³,导热系数为0.018 5 W/（m·K）,接触角为127°,抗弯强度为1.042 MPa,抗压强度为0.669 MPa,达到预期实验目的。     

废纸纤维素/SiO2复合气凝胶的性能

对废纸纤维素进行处理，以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）作为硅源，制备纤维素/SiO₂复合水凝胶，经过冷冻干燥得到性能良好的纤维素/SiO₂复合气凝胶。利用扫描电镜（SEM）、接触角测量仪及热重分析（TGA）等对制得的气凝胶进行了表征测试。结果显示材料由大孔、介孔、微孔组成，最低密度为0.107 g/cm³，具有较好的疏水性能，静态疏水接触角可达148.5°，力学性能良好，可实现50%范围内压缩后100%恢复，材料具备良好的吸附性能，吸附油污可达到本身质量的12.7倍，热稳定性提高。在处理有机废水，尤其是水体油污方面有着广阔的应用前景。     

Development of novel silk/wool hybrid fibre polypropylene composites

Recycling and reusing fibrous waste is one of the most important environmental tasks that face the world, to reduce environmental loading and promote the most effective use of resources. In this study, the shuttle-less loom silk selvedge waste and wool fibres were used to produce functional composites. First, the silk selvedge waste was opened and converted into fibrous form. The opened silk fibres were mixed with wool and polypropylene staple fibres in the proportions of 35/15/50, 35/35/30 and 15/35/50. The functional composites were produced by compression moulding technique with optimum process conditions. The effect of silk and wool fibre content on the mechanical properties of silk/wool hybrid fibre polypropylene composites was studied by measuring the tensile strength, flexural strength and impact strength of the resultant composite material. The thermal conductivity and water uptake properties of the composites were also studied. The morphology of silk/wool hybrid fibre polypropylene composites was analyzed by scanning electron microscopy technique. It was found that the composite containing 35/15/50 silk/wool/polypropylene showed the best performance in mechanical properties. The tensile, flexural and impact strengths of 35/15/50 silk/wool/polypropylene composite sample were found to be 30.21 MPa, 19.88 MPa and 0.713 J, respectively. The results also showed that the thermal conductivity was the least while the silk and wool fibre contents were the most in the composite. The water absorption study showed that the composite containing more fibre content possessed maximum water uptake properties. The study strongly suggests that the silk/wool hybrid fibre polypropylene composite materials are quite capable of serving as a potential cost effective, technologically viable, and attractive substitute to the conventional glass epoxy composites used as electrical insulating materials in printed circuit boards.