遮光剂对气凝胶复合材料隔热性能的影响

纯气凝胶对近红外波长几乎透明,遮光剂的加入可以显著抑制气凝胶的高温辐射性能。采用Mie散射理论计算出掺杂不同种类、粒径遮光剂时复合气凝胶的平均消光系数,从而比较它们的遮光效果。采用基于瞬态平面热源法的Hot Disk TPS2500S导热仪测量了不同温度下复合气凝胶的热导率,获得了遮光剂对气凝胶复合材料隔热性能的影响规律,并与理论分析结果进行了对比。理论计算获得的不同温度下复合气凝胶的热导率与实验值符合良好,表明：在研究的范围内,掺杂的最佳遮光剂粒径在3.5 μm左右;SiC的遮光效果比TiO₂、ZrO₂好;存在一个最佳的遮光剂体积含量（3.75%左右）使得复合气凝胶的整体隔热性能最好;所建立的理论模型可用来预测掺杂遮光剂的影响规律。     

SiO2气凝胶复合材料的隔热和力学性能优化

SiO2气凝胶是一种新型多功能固体材料,因具有极低热导率在热学、光学及电学等领域具有广泛的发展和应用前景.但是SiO2气凝胶的高温隔热和力学性能较差,通常通过加入遮光剂和增强纤维制备三组分气凝胶复合材料,可有效改善其隔热和力学性能.在改善的过程中,组分质量分数对三组分气凝胶复合材料的隔热和力学性能影响很大.本文通过建立热导率理论模型,结合三元正交设计法研究了组分质量分数对热导率的影响规律.采用三元正交法优化了三组分气凝胶复合材料的组分质量分数,并优化获得了同时满足给定隔热和力学性能的组分区域,提供了满足工程需求的组分区域.     

影响二氧化硅气凝胶隔热涂料热导率的因素

采用溶胶凝胶法及雾化技术制备了二氧化硅气凝胶微球,同时制备了二氧化硅气凝胶隔热涂料。利用扫描电镜（SEM）对涂料的微结构进行观测,采用激光粒度检测仪对二氧化硅气凝胶微球的尺寸进行检测,采用Hot Disk热导率仪测量了二氧化硅气凝胶隔热涂料的热导率。结果显示：根据SEM 图像,气凝胶微球在涂料中形成明显团聚,且在气凝胶体积分数较高时,涂料中气孔增多。此外,小粒径气凝胶微球更容易形成团聚。由于气凝胶微球热阻极大,气凝胶隔热涂料的热导率随气凝胶微球含量的增加而下降。气凝胶微球的团聚相比均匀分散不利于热导率的降低,而孔隙的增多则有利于涂料热导率下降,因为空气的热阻高。小粒径微球的界面热阻比大粒径微球更大,导致小粒径微球制备的隔热涂料热导率低,混合粒径使气凝胶微球堆积密度增大,有利于降低涂料的热导率。     

二氧化硅气凝胶复合材料热导率优化研究进展

二氧化硅气凝胶复合材料由于具有良好的力学和隔热性能,在建筑、航空和其他工业领域展现出良好的节能应用前景。从增强材料的几何特征、含量、排列方式等方面概述了二氧化硅气凝胶复合材料热导率的规律,综述了二氧化硅气凝胶复合材料热导率的实验和理论优化研究进展,分析了现阶段实验和理论模型优化二氧化硅气凝胶复合材料热导率存在的问题,并提出了优化二氧化硅气凝胶复合材料热导率的方法,为制备高隔热性能的二氧化硅气凝胶复合材料提供理论指导。     

基于Lattice-Boltzmann方法的纳米颗粒多孔介质导热特性

为研究气凝胶纳米颗粒的导热特性,提出了一种基于随机统计原理的构造气凝胶多孔介质介观尺度三维物理模型的方法。模型中颗粒空间分布、粒径分布及孔隙率可以根据实际气凝胶微尺度结构数据调整。基于所构造的物理模型,采用D3Q15LBM进行了数值模拟。分析了颗粒尺寸、孔隙率等因素对气凝胶导热性能的影响规律,即在既定孔隙率下,热导率随粒径增大而减小;既定粒径下,随孔隙率的递增热导率先下降后上升;颗粒尺寸不均匀性对热导率的影响甚大。模拟与实验结果相吻合。研究工作对优化气凝胶导热性能,提高其有效热导率的预测精度具有参考价值。     

纤维和遮光剂对纳米孔粉体隔热材料性能的影响

新型高温隔热材料对工业窑炉高效节能作用显著,降低其高温辐射导热率有利于提高高温隔热性能。采用干压成型制备了添加不同种类和不同含量的纤维及遮光剂的纳米孔粉体隔热材料,分别测试了试样的常温耐压强度和不同温度下的导热系数,探讨了纤维和遮光剂对纳米孔粉体隔热材料的力学性能和隔热性能的影响,并利用SEM、EDS和FTIR对试样的微观结构和红外透射率进行了分析表征。结果表明,多晶莫来石纤维有效增强了纳米孔粉体隔热材料的耐压强度,掺杂9%(质量分数)多晶莫来石纤维试样在800 ℃的导热系数为0.047 W/(m·K),低于添加石英纤维的隔热材料;纳米SiC粉体和锆英石粉体作为遮光剂能够有效抑制辐射传热,降低高温辐射热导率,添加10%(质量分数)纳米SiC粉体遮光剂的隔热材料试样导热系数随温度的变化较小,在800 ℃仅为0.041 W/(m·K)。     

二氧化硅气凝胶高温稳定性研究

二氧化硅气凝胶具有极高的孔隙率和非常低的热导率,在保温隔热领域应用前景十分广阔。探究了二氧化硅气凝胶在不同温度热处理条件下热导率的变化情况,并从微观结构角度解释了其变化机理。随着热处理温度升高,气凝胶热导率先降低后升高。当热处理温度低于400 ℃时,气凝胶的热导率随热处理温度的升高而降低,这是因为较低温度的热处理去除了气凝胶内部的大部分杂质,并且使气凝胶的内部孔隙结构更加均匀;当热处理温度处于400~700 ℃时,更高温度的热处理使得气凝胶内部的孔径明显增大,气凝胶颗粒增大,使得热导率随热处理温度的升高而增加;当热处理温度高于700 ℃时,气凝胶颗粒开始烧结,骨架结构坍塌,密度显著增大,热导率也急剧上升,此时已不具备气凝胶轻质多孔的典型特征,可以认为已经失效。实验结果对亲水型气凝胶的应用给出了一定的指导:为保证气凝胶绝热能力的最优化,可以对气凝胶在400 ℃的温度下进行一段时间的保温;工作温度应在700 ℃以下,温度的升高会轻微降低气凝胶的隔热能力;气凝胶在700 ℃以上时会失去其绝热能力,因此不宜用于温度高于700 ℃的环境。     

汽车仪表盘用遮光聚丙烯的研制

以聚丙烯(PP)为基体树脂,添加滑石粉、钛白粉、碳类遮光助剂及其它助剂,采用熔融共混法制备遮光填充PP材料。考察了滑石粉粒径及含量、复配遮光剂中钛白粉与碳类遮光助剂配比对PP遮光性的影响,以及复配遮光剂FP–3(钛白粉/碳类遮光助剂质量比=99.95/0.05)含量对遮光填充PP材料遮光性和力学性能的影响。结果表明,滑石粉粒径对PP遮光性能的影响与其含量有关,低含量时,滑石粉粒径越小,遮光性越好,高含量时,粒径小的滑石粉反而会降低遮光性。复配遮光剂对PP遮光性的改善效果均优于单一的钛白粉,其中FP–3效果最好。当10μm滑石粉质量分数为40%、FP–3质量分数为5%时,可使壁厚为2 mm的遮光填充PP材料样板达到全遮光效果,拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度分别为25 MPa,10.3 k J/m~2和35.6 MPa。采用此材料注塑的汽车仪表盘衬板得到客户的认可,遮光性良好,达到了客户的预期目标。     

增强型二氧化硅气凝胶材料的研究进展

二氧化硅气凝胶是世界上最轻的固体材料之一，因其具有热导率低、比表面积大、孔隙率高等优良特性，在保温隔热领域具有极大的发展空间；然而，二氧化硅气凝胶具有强度低、不易成型等问题，限制了其在各应用领域的快速推广。本文综述了通过复合或掺杂增强二氧化硅气凝胶力学性能的方法，并对当前形势下二氧化硅气凝胶的应用前景进行了展望。     

二氧化硅气凝胶复合隔热材料研究进展

二氧化硅气凝胶具有高孔隙率、低热导率等特点,使其成为新型超级隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶的柔韧性、整体性差,并且常温干燥制备的气凝胶在高温时热导率迅速上升,这些都大大限制了二氧化硅气凝胶的应用。近些年,通过原位溶胶-凝胶法和模压成型法制备得到的二氧化硅气凝胶复合隔热材料,在一定程度上提高了其韧性、整体性和高温隔热性能,使得二氧化硅气凝胶作为单独块体隔热材料成为可能。本文阐述了二氧化硅气凝胶隔热材料的隔热机理,综述了近年来抗辐射型、纤维增强型和聚合物增强型二氧化硅气凝胶复合隔热材料的研究现状,最后讨论了该领域今后研究趋势。     

红外遮光剂对硅酸盐隔热保温涂料性能的影响

分别选取六钛酸钾晶须(PTW),金红石型二氧化钛(TiO2)和钛溶胶作为红外遮光剂,以九水合硅酸钠为粘结剂,添加SiO2气凝胶等隔热填料,用机械搅拌的方法制备出硅酸盐隔热保温涂料.研究了红外遮光剂对涂料红外透过率,消光系数和导热系数的影响.结果表明:三种红外遮光剂中,钛溶胶分散性最好,掺杂钛溶胶的涂料红外透过率最低,消光系数最大,导热系数最低,可降低至0.032 W·m-1·K-1.     

酚醛气凝胶/碳纤维复合材料的结构调控及性能研究

以酚醛树脂为前体、碳纤维针刺预制体为增强体,采用溶胶-凝胶、常压干燥方法制备得到纳米孔酚醛气凝胶/碳纤维复合材料。在不改变材料密度的条件下,通过调节固化剂的用量来调控酚醛气凝胶的纳米颗粒尺寸及孔隙结构,改变气凝胶颗粒在碳纤维针刺预制体中的填充状态,制备出不同微观结构的复合材料。研究表明：随着固化剂用量的减少,气凝胶的颗粒粒径逐渐变小,平均孔径在230 nm~5μm范围内可调;与碳纤维复合后,随着气凝胶颗粒的减小,复合材料的力学性能逐渐提升、热导率逐渐降低、烧蚀性能明显提高。优化后的PAC复合材料具有极低的密度（0.27 g·cm^-3）、高弯曲强度（8.9 MPa）、较低的热导率（0.065 W·m^-1·K^-1）;在2000℃、30 s的中等热流烧蚀条件下,质量烧蚀率为0.0081 g·s^-1、线烧蚀率为0.0204 mm·s^-1。通过调控材料的纳米结构,能够有效地提升材料的力学、隔热以及烧蚀性能,满足高性能热防护应用需求。     

硅酸铝纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的力学与隔热性能研究

SiO_2气凝胶由于其独特的纳米多孔结构而具有优异的保温隔热性能,但其力学性能较差限制了其在很多工业领域内的应用。以硅酸铝纤维作为增强材料,采用溶胶凝胶法以及常压干燥法制备出完整的块状硅酸铝纤维/SiO_2气凝胶复合隔热材料,并分别用电子万能试验机、SEM、热导率测试仪、BET等检测方法表征了该复合隔热材料的性能。结果显示,纤维的加入提供了一种新的能量消耗机制,硅酸铝纤维/SiO_2气凝胶复合隔热材料的力学性能明显优于纯气凝胶材料。该复合材料的比表面积和平均孔径分别为383.5 m2/g和8.4 nm,孔隙率高达87%,是典型的介孔材料,热导率低至0.02 W/(m·K)~0.04W/(m·K),具备良好的保温隔热性能。     

SiO_2气凝胶-玻璃纤维复合隔热材料中玻璃纤维分散工艺研究

为了提高SiO_2气凝胶-玻璃纤维复合材料的力学性能,研究了不同溶剂(分别为环己烷、正己烷、乙醇、丙酮)、不同分散方式(分别为行星球磨分散、超声分散和机械搅拌分散)和分散时间(10～40 min不等)对短切无碱玻璃纤维束分散效果的影响,以确定短切无碱玻璃纤维束的最佳分散工艺;在此基础上,按SiO_2气凝胶粉和短切无碱玻璃纤维束质量比为90∶10配料,添加一定量的氧化锌遮光剂和酚醛树脂结合剂,分别在短切无碱玻璃纤维束中直接加入和预分散后加入两种条件下制成SiO_2气凝胶-玻璃纤维复合材料试样,然后检测试样的常温耐压强度以及在不同热面温度(分别为300、400、500和600℃)下的热导率。结果表明:1)短切无碱玻璃纤维束的最佳分散工艺是以乙醇为溶剂,机械搅拌30 min; 2)短切无碱玻璃纤维束预分散与否对SiO_2气凝胶-玻璃纤维复合材料的热导率影响较小,但短切无碱玻璃纤维束预分散后加入有利于提高复合材料的常温耐压强度。     

酚醛气凝胶/碳纤维复合材料的结构调控及性能研究

以酚醛树脂为前体、碳纤维针刺预制体为增强体,采用溶胶-凝胶、常压干燥方法制备得到纳米孔酚醛气凝胶/碳纤维复合材料。在不改变材料密度的条件下,通过调节固化剂的用量来调控酚醛气凝胶的纳米颗粒尺寸及孔隙结构,改变气凝胶颗粒在碳纤维针刺预制体中的填充状态,制备出不同微观结构的复合材料。研究表明:随着固化剂用量的减少,气凝胶的颗粒粒径逐渐变小,平均孔径在230 nm~5μm范围内可调;与碳纤维复合后,随着气凝胶颗粒的减小,复合材料的力学性能逐渐提升、热导率逐渐降低、烧蚀性能明显提高。优化后的PAC复合材料具有极低的密度(0.27 g·cm~(-3))、高弯曲强度(8.9 MPa)、较低的热导率(0.065 W·m~(-1)·K~(-1));在2000℃、30 s的中等热流烧蚀条件下,质量烧蚀率为0.0081 g·s~(-1)、线烧蚀率为0.0204 mm·s~(-1)。通过调控材料的纳米结构,能够有效地提升材料的力学、隔热以及烧蚀性能,满足高性能热防护应用需求。     

功能填料对反射隔热涂料隔热性能影响的研究

根据隔热机理的不同,配制了添加不同功能填料的反射隔热涂料;利用自制装置测试了室内和室外环境下涂覆不同反射隔热涂料试件的内部温度;研究了二氧化硅气凝胶、相变胶囊、六钛酸钾、钛白粉、陶瓷微珠、红外辐射粉等功能填料对实际应用环境中涂层隔热性能的影响。结果表明:尽管碘钨灯光与日光在不同波段能量分布差异较大,但2种光源照射下试件的温度变化结果一致,说明利用碘钨灯模拟太阳光测试涂料的太阳光照射下的隔热性能是可行的。添加反射型和辐射型填料的涂料最佳干膜厚度约300μm,而添加阻隔型和相变型填料的涂料的隔热降温效果随干膜厚度增加而增加。在太阳辐射作用下,反射型填料隔热降温效果最好。夜间室外环境中,填料的热辐射性能对涂层的降温效果影响不大。     

氧化硅气凝胶隔热复合材料在建筑节能应用中的研究进展

氧化硅(SiO_2)气凝胶是一种隔热纳米非晶固体材料,具有极低的热导率、低声阻抗性和强透光性等,其独特的性能在建筑节能等领域具有一定的应用价值。综述了SiO_2气凝胶隔热复合材料的制备方法及其在建筑节能应用中的研究进展,重点分析了SiO_2气凝胶隔热复合材料的类型及性能,并指出存在的问题,对今后的研究提出了展望。     

太阳热反射隔热涂料的研制

采用耐候性能优异的氟碳树脂为成膜物质,研究了二氧化钛粒径和不同质量分数对涂料反射隔热性能的影响;通过正交实验获得了多种粒径空心微珠复配使用时的最佳配比;分别按照美国军标和国家住建部标准检测了涂料的反射率和隔热性能,制备出一种反射率高于90%,隔热性能达到14.6℃,具有良好的耐蚀、耐候性能,可以在建筑屋顶及外墙等环境下长期使用的建筑反射隔热涂料。     

窑洞建筑气凝胶复合保温材料制备表征研究

为了解决常规纤维素气凝胶物理性能不足的问题,提高保温材料隔热性能,利用TiO2纳米颗粒对纤维素气凝胶实施改性处理,制备TiO2/纤维素气凝胶复合保温材料,并从微观形貌、力学性能和导热性能三个方面对该材料加以表征。经实验发现,TiO2/纤维素气凝胶复合保温材料的压缩强度和弹性模量均显著优于单纯纤维素气凝胶,且热导率系数符合现行国家标准,可用于窑洞建筑的保温设计。     

高铝纤维复合SiO_2质纳米微孔隔热材料研究

为了解决SiO2纳米微孔隔热板成本较高的问题,将硅灰与高铝纤维按高铝纤维占二者总质量的0、5%、10%和15%的配比配料,以酚醛树脂为结合剂,分别加入占硅灰和高铝纤维总质量0和0.5%的遮光剂氧化锌制成试样,检测试样的高温体积稳定性和热导率(平板法),并利用多功能模拟设备研究不同厚度试样的隔热性能。结果表明:1)随着高铝纤维加入量的增加,试样的线收缩率减小,但热导率变化不大;2)加入氧化锌遮光剂能显著降低试样的热导率;3)高铝纤维质量分数为15%(w)的含氧化锌遮光剂的试样,在1 000℃模拟试验2 h后其冷面温度几乎不再升高,厚度最薄(2 cm)的试样的冷面温度也未超过180℃。