高温复合隔热结构组成对其瞬态热特性的影响

建立多层复合隔热结构辐射-导热与相变换热模型, 采用Monte Corlo方法模拟复合隔热结构内半透明介质的热辐射传递,有限体积法求解能量方程。分析比较了纤维隔热毡-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-相变隔热材料-金属膜复合结构等三类典型复合隔热结构的瞬态换热特性,研究表明不同的复合隔热结构组成其热特性差异显著,为复合隔热结构的设计、优化提供了指导思路。     

陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶隔热复合材料的力学性能

将陶瓷纤维与氧化硅溶胶复合经超临界干燥得到陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶隔热复合材料.研究了陶瓷纤维体积分数以及气凝胶密度对材料力学性能的影响,分析了纤维对气凝胶隔热复合材料的增强机制.结果表明:纤维与气凝胶复合后,气凝胶充分填充纤维之间的空隙,复合材料力学性能得到显著改善.气凝胶隔热复合材料的力学性能随纤维体积分数的增大先增后减,随气凝胶密度的增大则逐渐增大.当纤维体积分数为7.6%,气凝胶密度为0.202g/cm3时,材料抗拉强度、抗弯强度分别为1.44,1.31 MPa,抗压强度可达0.59MPa(10%形变)、1.28MPa(25%变).     

细菌纤维素/热塑性聚氨酯复合气凝胶纤维制备及性能

使用绿色有机材料细菌纤维素(BC),并掺杂增强材料热塑性聚氨酯弹性体(TPU)经过湿法纺丝制备复合气凝胶纤维,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、全自动比表面孔隙度分析仪和单丝强力仪对制备的气凝胶纤维进行结构分析和性能表征,结果表明复合气凝胶纤维具有多孔结构,良好的力学性能和隔热性能,断裂强度达到24.69Mpa,断裂伸长为38.54%。     

细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维的制备及性能研究

气凝胶因为自身具备的高孔隙率、低密度、大的比表面积等特性使其具有很多优异的性能。但目前气凝胶因为其自身差的力学性能导致了其产品主要以粉末、块体、气凝胶毡形态存在,这限制了气凝胶的应用场景。为丰富气凝胶的形态并拓宽其应用场景,本工作尝试以偏硅酸钠为硅源,通过二次塑形后的原位溶胶凝胶法及冷冻干燥工艺制备细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维。通过对线状细菌纤维素进行二次塑形提升细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维的力学性能。通过调控偏硅酸钠的用量制备不同特性的细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维。对样品进行了扫描电镜(SEM)、力学性能、比表面积分析测试(BET)、隔热性能。结果表明:制得的产品密度不超过0.28g·cm-3,抗拉强度最高可达4.5 MPa。当偏硅酸钠的用量为20 wt%时,产品具备最佳的隔热性能:热源温度为150℃时,样品表面比热源降低约45℃。     

基于气凝胶保温涂料的复合保温结构研究及应用

本文以纳米气凝胶、 TiO₂、SiO₂、SiC三种隔热粉体作为填料，氧化铝纤维和硅酸铝纤维作为增强材料，有机-无机复合胶体作为粘结剂，制备了纳米气凝胶保温涂料。考查了气凝胶用量对涂料的干密度、隔热性能和导热系数的影响。结果表明：粘结剂量为 35%、纤维总加入量为 25%（氧化铝纤维和硅酸铝纤维质量比 1∶1）、填料量为 40%（TiO₂、SiO₂、SiC粉体质量比例为 2∶1∶1且保持与气凝胶量的总和占涂料的 40%），当气凝胶量为 15%时，涂料的导热系数为 0.04 W/m.K，干密度为 158 kg/m³，涂料的隔热性能最好。以纳米气凝胶保温涂料为基础，研究了一种适用于稠油热采蒸汽管保温的复合保温结构，将耐热纤维层、保温涂料层和金属外壳进行复合，这一复合保温结构成功应用在稠油注蒸汽管道外层保温改造项目中。与原有保温结构相比，年估算节能量约为 94.8 t标准煤，有效提高了稠油热注蒸汽管线的保温效果。     

溶胶凝胶法制备SiO2气凝胶/纤维复合材料及其性能的表征

以正硅酸乙酯（TEOS）为前躯体,采用溶胶-凝胶工艺制备氧化硅溶胶,将其与无机陶瓷纤维预置体在常温下复合干燥后得到SiO2气凝胶隔热复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）对样品微观结构进行分析,利用热平板法对材料的热学性能进行表征,分析了氧化硅气凝胶隔热复合材料隔热机理。研究表明：采用溶胶凝胶工艺和真空技术,气凝胶充分填充在纤维预置体的空隙中,可以制得低导热系数、低热扩散系数和低比热容的SiO2气凝胶/纤维复合材料,导热系数为0.06815W/mK,热扩散系数为0.2677mm^2/s,比热容为0.2919MJ/m3K。     

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。     

热塑性聚氨酯中空纤维/SiO2气凝胶隔热材料的制备及性能研究

以热塑性聚氨酯中空纤维为增韧材料,正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶技术制备了热塑性聚氨酯中空纤维/SiO2气凝胶隔热材料.考察了纤维类型、中空纤维铺设方式、中空纤维规格对SiO2气凝胶隔热性能的影响.结果表明:中空纤维增韧SiO2气凝胶的隔热性能略低于纯SiO2气凝胶,但其韧性有了显著提高.中空纤维垂直铺设,采用合适的内径及壁厚的中空纤维能获得较好隔热性能的SiO2气凝胶隔热材料.     

纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶隔热复合材料研究进展

Al₂O₃-SiO₂气凝胶是一种低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率的三维结构纳米多孔材料,在航空航天、建筑保温、石油化工等领域具有广泛的应用前景,是理想的高温隔热基体之一。但纯Al₂O₃-SiO₂气凝胶力学性能和抑制高温辐射传热能力较弱,限制了自身在隔热领域的应用。采用纤维作为增强体,制备的Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高温隔热材料方向的研究热点之一。本文介绍了纤维增强Al₂O₃-SiO₂气凝胶隔热复合材料的制备方法,综述了目前国内外该材料的研究进展,并对其未来发展趋势做了展望。     

新型气凝胶纳米隔热材料在水泥生产线的应用实践

采用新型纳米隔热气凝胶毡、气凝胶板在5 000t/d水泥生产线三次风管区域进行示范应用。通过总结气凝胶纳米隔热材料的制备及性能,对比使用气凝胶材料前后水泥窑三次风管设备表面温度变化,以及气凝胶材料与普通隔热材料在施工方案、隔热层厚度、隔热性能方面的差异,阐明了气凝胶纳米隔热材料在更薄铺设条件下,能够展现出更优的隔热性能,可有效降低水泥窑设备壳体表面温度及散热量,为水泥行业节能降耗提供了新的路径。     

陶瓷气凝胶有望成航空新材

<正>2019年2月21日,哈尔滨工业大学、兰州大学、美国加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校等高校研究人员共同合成出米层状结构的双曲线结构陶瓷气凝胶,该材料可以极大增强传统陶瓷气凝胶材料的各项性能,为解决陶瓷超轻结构的脆性问题,以及受热析晶问题提供了研究思路,促进了陶瓷气凝胶在隔热、催化、能源、环境治理、航空航天等领域的应用。陶瓷气凝胶因其超轻、耐火、耐腐蚀、耐高温等特性,非常适合用作航空航天领域的隔热材料,但其脆性、高温析晶、热震坍     

纤维复合SiO2气凝胶的研究进展

SiO2气凝胶因其纳米尺度的多孔结构,具有低密度、低热导率的特性,因此广泛应用于保温绝热领域.然而,SiO2气凝胶脆性大、易碎的缺点限制了其在实际中的应用范围.纤维增强法制备的SiO2气凝胶,不仅极大改善了这一缺点,且制备工艺简单、力学性能优异,是目前最常见的一类复合气凝胶.介绍了纤维复合SiO2气凝胶的制备工艺,综述了几种纤维复合SiO2气凝胶力学性能增强方法的研究进展.     

二氧化硅气凝胶及其在保温隔热领域应用进展

二氧化硅气凝胶是目前已知最轻的固体材料，具有热导率低、孔隙率高和比表面积大等优点，被誉为新型超级保温隔热材料。然而，二氧化硅气凝胶自身存在力学性能差和制备成本高的问题，大大限制了其在保温隔热领域大规模推广应用。本文简述了二氧化硅气凝胶合成技术和力学性能增强方法，从制备过程控制、老化条件优化、热处理、纤维复合和高分子聚合物复合等方面分析了其对气凝胶性能和工艺的影响，重点介绍了近年来二氧化硅气凝胶保温隔热材料应用在航空航天、军工领域、工业管道、建筑保温以及新能源汽车等领域的研究进展，总结了其在各领域应用的技术挑战。指出未来需进一步拓展二氧化硅气凝胶的使用温区，利用共前体和化学交联等方法增强高温下的隔热性能，同时解决气凝胶纤维复材“掉粉”和微米级粉体分散不均匀等难题，尤其是新能源汽车等新兴应用领域发展迅猛，未来仍需针对新的应用需求对其合成技术进行设计和优化。     

PBO纤维毡复合气凝胶高性能材料的制备与性能研究

本文以聚苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维毡为增强基材复合SiO2气凝胶制成高性能材料,测试了材料的导热系数、氧指数、强度等指标,并采用扫描电镜对材料的结构和形貌进行了表征.结果表明:该复合材料中SiO2气凝胶以大小不同的颗粒状填充于PBO纤维毡的纤维间空隙中,相较于未复合气凝胶的PBO纤维毡,其导热系数显著降低,并具有较高强度和氧指数,表明该复合材料兼具了PBO纤维毡和气凝胶二者的优异特性.     

石棉绒增强SiO2气凝胶隔热材料常压工艺研究

气凝胶是一种优质隔热材料.本文以石棉绒纤维作为气凝胶的增强材料,以水玻璃为硅源,通过常压干燥工艺进行SiO2气凝胶块体保温隔热材料的制备.研究了湿凝胶制备工艺流程及洗涤工艺对气凝胶材料结构及性能的影响.研究发现,以石棉绒为增强材料常压制备SiO2湿凝胶的最佳制备工艺为:在水、纤维和分散剂配制的纤维分散悬浮液中首先加入乙醇搅拌均匀,然后与水玻璃和氟硅酸钠配制的水玻璃凝胶液搅拌混合,再注模固化;在固化湿凝胶的洗涤和溶剂置换工艺中,以水为洗涤溶剂效果好,产品性能高.以石棉绒为增强材料,采用常压干燥工艺制备的SiO2气凝胶隔热材料具有收缩率小,产品规整,密度小,孔隙率高,及较好的强度和隔热性能.     

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。     

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。     

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。     

pH值对纤维增强SiO2气凝胶隔热材料性能的影响

以水玻璃为硅源,硅酸铝纤维为增强材料,通过溶胶-凝胶法制备了低导热、低成本,用于墙体隔热的纤维增强二氧化硅气凝胶隔热材料.主要探讨了溶胶pH值对导热性能、纤维的分散性及力学性能的影响.实验结果表明当pH值在6～7之间时,所制备材料的导热系数为0.021 W/(m·K)左右,抗压强度可达到6.11 MPa,并具有优异的柔韧性.