TiO2掺杂莫来石纤维/纳米SiO2隔热材料的制备和性能研究

以纳米SiO2粉体为基体材料,莫来石纤维为增强体,TiO2为红外遮光剂,采用热压成型法制备了具有一定强度的轻质隔热材料.研究了莫来石纤维添加和TiO2掺杂对隔热材料密度、强度及其在不同温度下的隔热性能的影响.研究结果表明添加莫来石纤维能提高隔热材料的常温耐压强度及其在高温下的隔热性能,遮光剂TiO2的掺杂可以进一步提高...     

纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的制备和低温性能

以正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体制备SiO2溶胶,并分别与玄武岩纤维和玻璃纤维复合,经超临界干燥工艺制备了疏水耐低温SiO2气凝胶复合材料。利用傅里叶红外光谱仪、接触角分析仪、激光法导热仪、万能试验机、氮气吸附法对SiO2气凝胶复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明:两种纤维增强SiO2气凝胶复合材料在常温及低温下均具有良好的疏水性能和隔热性能,玄武岩纤维增强SiO2气凝胶复合材料和玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料的接触角分别为148°和142°,常温热导率分别为0.030 W·m-1·K-1和0.026 W·m-1·K-1,-50℃时的热导率分别为0.027 W·m-1·K-1和0.024 W·m-1·K-1,在低温条件下,体积无明显收缩。纤维的加入提供了力学支撑,两种材料不仅在常温下具有良好的力学性能,而且在低温下的力学性能有所增强。     

无机纤维毡／SiO2气凝胶隔热材料的制备及性能

以无机纤维毡为增强材料,正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶一凝胶技术制备了无机纤维毡／Si02气凝胶隔热材料。研究了无机纤维毡的类型、密度等因素对复合材料的影响。结果表明：无机纤维毡／siO2气凝胶复合材料的隔热性能优,导热系数仅略高于纯Si02气凝胶,强度则有显著提高。     

聚酰亚胺纤维增强SiO2气凝胶的制备及表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,聚酰亚胺(PI)纤维为增强相,采用溶胶-凝胶和超临界干燥工艺制备出PI纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,利用傅里叶红外光谱分析仪、N2吸附脱附仪、场发射扫描电子显微镜、万能试验机、热重分析仪及导热系数测量仪表征了气凝胶化学组成、微观结构、力学及热学性能。制备的气凝胶具有低密度、高表面积和较好的隔热性能、热稳定性及压缩性能。PI纤维含量为3%(质量分数,下同)时气凝胶密度为0. 13 g/cm3,比表面积高达997 m2/g,平均孔径为18. 2 nm。常温下导热系数为0. 029 1 W/(m·K),室温到500℃范围内质量损失5%,抗压强度为0. 21 MPa。气凝胶轻质、高比表面积及较好的热学与力学性能使其在舰船的隔热保温领域具有广阔的应用前景。     

碳纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及保温性能研究

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,无水乙醇和去离子水为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂气凝胶,再以不同含量(0,1%,3%和5%（质量分数）)短切碳纤维为增强材料,在胶凝完成后,经过表面改性,采用常压干燥工艺,制备了碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR和孔径测试等方法对制备所得复合材料的微观结构、形貌、孔径分布和导热性能进行了测试分析。结果表明,碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料为典型的非晶态结构,属于毛细凝聚特征的介孔材料,碳纤维的掺杂并没有改变SiO₂气凝胶的晶态结构;未掺杂碳纤维的SiO₂气凝胶的颗粒相互堆搭,掺入碳纤维的SiO₂气凝胶颗粒的孔隙明显减小,孔洞结构较为完整,碳纤维的掺入填充了大尺寸孔隙,有助于气凝胶孔径分布区间的收窄,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,颗粒分布最佳;随着碳纤维含量的增加,复合材料的导热系数呈现出先降低后升高的趋势,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,样品的导热系数最低为0.019 W/（...     

SiO_2气凝胶的力学性能增强研究

在硅浓度一定的前提下,分别采用莫来石纤维复合及六亚甲基二异氰酸酯单体(HDI)修饰两种方式对氧化硅气凝胶进行力学性能增强,并对其进行结构与力学性能的表征。结果表明,在力学性能方面,两种增强方式的SiO2气凝胶弹性模量分别为134.06MPa、116.78MPa,分别增加了16倍和12倍;有机物修饰后的气凝胶屈服强度远大于纤维增强的气凝胶。在微结构方面,纤维增强气凝胶的纳米多孔结构无明显变化,而有机物修饰气凝胶的比表面积略有下降,孔径尺寸变小。增强型气凝胶大大增加了其在多个领域的实际应用。     

纤维增强SiO2气凝胶复合材料压缩性能和变形机制

根据热防护系统的特征载荷,研究了气凝胶的室温、高温压缩和压缩蠕变性能.研究表明纤维增强SiO2气凝胶的压缩曲线可划分为三个阶段:线性阶段、屈服阶段和密实化阶段.相比纯气凝胶,该材料具有较高的强度、良好的断裂韧性.该材料存在明显的室温和高温蠕变行为.室温条件下240 h内的蠕变历程可划分为三个阶段,在168 h以后蠕变变形量达到稳定状态,基本不再继续增加.对比试样在试验前、热处理后和蠕变试验后的显微结构发现,气凝胶基体的密实化是加热后试样收缩和影响气凝胶蠕变性能的主要因素.     

莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的力学性能试验

为了探究莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的拉伸和层间剪切性能,开展了相关试验。首先,进行了复合材料在室温下的面内拉伸试验,获得了复合材料的室温面内拉伸模量;然后,采用引伸计方法和数字图像相关法分别对拉伸变形进行测量,并对2种方法进行了对比分析;最后,开展了不同温度下的层间剪切试验,研究了复合材料在不同温度下的层间剪切性能,并对其微观结构进行了分析。结果表明:复合材料的拉伸模量约为285.17 MPa;由引伸计方法测得的拉伸变形计算出的拉伸模量比数字图像相关法获得的拉伸模量高2.4%;在室温和高温下,试样呈现明显的层间剪切破坏;对复合材料的微观分析发现,SiO_2气凝胶基体主要分布在层间区域,增强纤维主要分布在铺层内。所得结论表明莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料拉伸和层间性能较差,当承受层间载荷时,SiO_2气凝胶基体起主要作用,且温度对复合材料的性能影响较大。     

Al2O3纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及其隔热机理

以正硅酸乙酯为先驱体,采用溶胶-凝胶工艺制备SiO2溶胶,将其与Al2O3纤维复合,经超临界流体干燥技术制得SiO2气凝胶复合绝热材料。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、压力试验机、平板导热仪等测试手段对样品的微观形貌、抗压强度以及热导率等进行了研究。讨论了材料的绝热机理,并对进一步降低SiO2气凝胶热导率的途径进行了概述。结果表明:添加Al2O3纤维能够明显增强SiO2气凝胶的综合力学性能;经过1000℃热处理的复合材料仍保持SiO2气凝胶的纳米多孔结构,这赋予复合材料优异的绝热特性。当Al2O3纤维添加量为8%(质量分数)左右时,可使复合材料同时具有较低的热导率(λ=0.051W/(m.K),298K)和较高的抗压强度(σbc=1.977MPa)。     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用

介绍了二氧化硅(SiO2)气凝胶的结构特点及隔热性能;对二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法及其应用前景进行总结并作了适当的评述;探讨了该领域今后的研究方向。     

SiO2气凝胶柔性保温隔热薄膜

由SiO2气凝胶、聚酰亚胺和镀铝层(SiO2／PI／Al)组成的柔性多层薄膜具有很好的保温隔热特性和广泛的应用前景。采用溶胶-凝胶方法制备的SiO2气凝胶具有很高的气孔率和很低的体积密度，尝试了在溶胶-凝胶过程申先酸性后碱性的二步法催化．使孔洞率提高到97％，体积密度降低为50kg／m^3，成为优秀的保温隔热的主体材料。选择柔性耐温隔热的聚酰亚胺作为骨架材料，并用真空蒸发镀制上金属铝膜与多孔SiO2气凝胶复合成保温隔热薄膜。当薄膜叠加到10层时其保温隔热效果可提高5倍。     

莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料压缩回弹性能实验与建模研究EI北大核心CSCD

对莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料开展面外方向单轴压缩实验,研究不同极限应变、热暴露温度对压缩回弹行为与变形恢复能力的影响,基于微观结构形貌变化阐释内在机制,对加载和卸载阶段的变形行为建立唯像力学模型。结果表明:莫来石纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料的压缩回弹行为呈现非线性特征,极限应变越大,变形恢复能力越差;高温热暴露预处理会对压缩回弹性能产生影响,热暴露温度越高,变形恢复能力越差,基体颗粒-团簇结构的聚集、大尺寸孔洞的形成和塌陷是主要原因;所建立的唯像力学模型可以用来描述材料在压缩加载-卸载时的应力-应变曲线,拟合结果与实验数据吻合较好。     

陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶复合材料力学性能试验

氧化硅气凝胶具有极低的热导率和密度,可作为很好的隔热材料,而脆弱的力学性能限制了其在隔热领域的应用。在不影响隔热效果的前提下,通过复合陶瓷纤维可增加氧化硅气凝胶的强度及韧性。试验探索了陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶在室温下的拉伸、压缩和剪切等基本力学性能,分别研究了300℃、600℃和900℃下复合材料纤维铺层面方向的压缩性能,并采用扫描电子显微镜对高温试样微观结构进行了观察分析。结果表明：陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶的性能表现出方向性,弹性模量在铺层面内方向与厚度方向的数值最大相差约28倍,强度极限亦然;在室温条件下,复合材料的拉伸和压缩弹性模量不同,X 、Y 和 Z 方向拉伸模量与对应的压缩模量之比分别为1.60、1.83和0.56;高温下复合材料沿厚度方向收缩,收缩量随温度升高而增大,900℃下的最大收缩量可达10.8%;高温下复合材料铺层面内方向压缩性能随温度升高而增强。     

多晶莫来石纤维的制备研究

以水为溶剂,采用铝粉、Al Cl3·H2O、酸性硅溶胶为原料,通过溶胶-凝胶法制备了多晶莫来石纤维。借助X射线小角散射(SAXS)测试了Al3+的聚集形态,采用XRD、SEM、HRTEM等测试手段分析不同热处理温度下纤维的物相组成,纤维形貌,晶型结构等。X射线小角散射的结果表明,Al3+主要以Al13(OH)25Cl15的形态存在于聚合氯化铝溶胶中。纤维前驱体经1 050℃热处理后主晶相为莫来石,随着温度升高至1200℃,晶相结构趋于完整,HRTEM分析结果说明了纤维的多晶结构。     

预报纤维增强复合材料有效热导率的随机微结构胞元模型

发展了能预报复合材料有效性质的随机微结构胞元模型以预测单向纤维增强复合材料横向热导率。研究了能反映宏观有效性质的模型最小化问题, 探讨了微结构影响宏观有效热传导性能的机制。结果表明: 通过对模型指定周期边界条件并且以多个合适的小规模模型计算的平均值取代大模型计算, 可大大改进收敛性并提高计算效率, 从10×10个到30×30个子胞的模型, 所得有效热导率计算结果的最大相对变化量仅为0.6%。不同纤维排列引起热流穿过热阻大的基体的路径长度改变, 造成有效热导率不同; 纤维热导率远大于基体热导率时, 纤维随机分布造成纤维偏聚, 部分纤维接触形成"热流通道", 使得有效热导率增大, 揭示了某一体积分数下有效热导率急剧增加是由"热流通道"贯通引起。与实验结果的比较说明了微结构随机性研究的必要性和本文工作的实用价值。     

碳纳米纤维增强聚酰亚胺复合气凝胶的合成与性能EI北大核心CSCD

以4,4′-二氨基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)为单体,酸化碳纳米纤维(a-CNF)为增强材料,采用溶胶-凝胶方式成型,运用冷冻干燥技术制备PI复合气凝胶。对复合气凝胶的形貌、隔热、吸波以及压缩性能等进行表征分析。研究结果表明:随着a-CNF含量的增加,PI复合气凝胶的收缩率从45.52%降至35.32%,密度也随之从0.084 g/cm^(3)降至0.069 g/cm^(3),气凝胶孔洞分布呈增大增宽趋势。a-CNF的引入有效抑制了PI复合气凝胶的收缩率,热导率降低;整个体系的导电损耗增加,同时由于气凝胶的多孔结构提供了较好的阻抗匹配,使得PI复合气凝胶的反射损耗(RL)在8.3 GHz达到-9.7 dB。加入质量分数为15%的CNF/PI复合气凝胶压缩强度和压缩模量分别是纯PI气凝胶的近1.5倍和2倍。     

芳纶纤维复合材料抗弹性能研究

叙述了球形弹体对芳纶纤维增强复合材料冲击的研究结果.对芳纶复合板的抗弹机理进行了研究,并研究了影响芳纶复合材料抗弹性能的主要因素.结果表明,在等厚条件下,预浸料铺层层数越多,靶板面密度越大;采用热塑性树脂材料为基体,且基体含量较低时,芳纶复合材料会具有更好的抗弹性能.     

Tension stiffening in reinforced high performance fiber reinforced cement-based composites

High Performance Fiber-Reinforced Cement-based Composite (HPFRCC) materials carry tension to strains greater than the yield strain of reinforcing steel and exhibit distributed compression damage with minimal spalling. Characterization of the interaction between the composite and steel reinforcement to large strains (i.e., >0.005) remains largely unknown. Three HPFRCC materials as well as concrete with a single reinforcing bar are tested in a prismatic specimen in uniaxial tension up to fracture of the reinforcement. Multiple cracking of the composite led to uniform bar yielding throughout the specimen and early hardening of the reinforcement at the location of dominant cracks. The reinforcement fractured within the HPFRCC at lower strain levels relative to the reinforced concrete. A modified approach based on planar analysis to estimate flexural strength of reinforced HPFRCC components using tension-stiffening data is proposed.     

玻璃纤维复合材料板隔声性能的研究

选择树脂基玻璃纤维复合材料板,测量其辐射效率和损耗因子,研究纤维排布方式及纤维用量的影响,结果表明,纤维正交和单向铺设对玻璃纤维板辐射效率的影响基本相同,纤维的用量在10%~70%变化时,也没有明显的变化;对损耗因子的影响,在160~1000Hz范围内,单向玻纤复合材料板的阻尼比正交排布的低,而在2000~8000 Hz范围两者基本相同的。在中低频范围内,正交排布比单向排布对阻尼的影响更加显著。通过测试复合材料和金属铁的隔声量,在160~8000Hz范围内,玻璃纤维复合材料板没有出现隔声谷。提出纤维复合材料板中纵波波速公式,计算复合材料板的隔声量,与测量结果吻合良好。