酚醛气凝胶/炭纤维复合材料的结构与烧蚀性能

分别以密度为0.15 g/cm~3的铺层炭纤维毡和炭纤维穿刺编织体作增强体,采用酚醛树脂浸渍炭纤维,经溶胶-凝胶过程,制备出不同密度和结构的酚醛气凝胶/炭纤维复合材料(PAC)。研究表明,所制复合材料具有轻质(0.27～0.40 g/cm~3)和低热导率(0.056～0.068 W·(m·K)~(-1))特点;炭纤维穿刺编织体复合材料(P-PAC)的弯曲强度是铺层炭纤维毡复合材料(L-PAC)的2倍,当P-PAC密度为0.40 g/cm~3时,其弯曲强度可达35.9 MPa;P-PAC具有更优的耐烧蚀性能,在2 000℃、60 s的烧蚀条件下,其质量烧蚀率为0.0043 g/s、线烧蚀率为0.0147 mm/s。酚醛粒子因纳米尺寸效应能够完全分解、蒸发、升华,充分带走表面热,而气凝胶多孔结构也有效的阻止表面热量向内部传递,因而酚醛气凝胶/炭纤维复合材料具有优异的微烧蚀/隔热一体化功能。     

抗氧化三维纤维增强酚醛气凝胶的性能

采用低密度三维刚性结构作为增强体,利用Si-B-C陶瓷先驱体对纤维进行抗氧化防护,并在纤维骨架的孔隙中填充纳米隔热酚醛树脂,形成了一种抗氧化三维纤维增强酚醛气凝胶材料(三维结构热防护材料).该材料密度从0. 3 g/cm3 提升至0. 7 g/cm3 ,其弯曲强度从12 MPa提升至57 MPa,拉伸强度从10 MPa提升至46 MPa,压缩强度从2 MPa提升至18 MPa,比热容维持在1. 07～1. 1 J/(g·K),热导率从0. 078 W/(m·K)提升至0. 12 W/(m·K).经15 min、2 000 ℃的电弧风洞烧蚀后,该材料后退量为10 mm.综合热力性能测试表明,该材料具有优异的力学强度和抗失效能力,而且纤维采用先进的抗氧化处理,在烧蚀过程中利用原位陶瓷化反应,提升了高温抗烧蚀能力,这种三维结构能够实现多种复杂构型近净尺寸成型,有效提升了防热材料的一体化制备、高效装配的任务适应能力.该类材料在载人航天、高超飞行器防热结构中具有广阔的应用前景.     

低密度纤维增强酚醛气凝胶复合材料的力学特性及断裂机制

分别以低密度玻璃纤维、石英纤维、碳纤维针刺预制体为增强体,制备出不同的纤维针刺预制体增强酚醛气凝胶复合材料(NF/PA),研究了纤维种类对材料力学性能及断裂行为的影响。结果表明：酚醛气凝胶与纤维预制体形成良好的界面结构,微观上呈现“珠串”状三维开孔网络结构特征,因而复合材料具有较低的密度(0.45 g/cm³)和室温热导率(0.046～0.067 W/(m·K))。在拉伸与压缩过程中,基于NF/PA明显的塑性形变现象,分析了裂纹扩展过程中材料所吸收的能量,发现纤维种类会显著影响界面特性进而影响材料断裂和失效机制。其中,碳纤维的界面结合强度小于酚醛气凝胶极限剪切应力,在断裂过程中纤维先与酚醛气凝胶脱粘,表现为“滑脱界面”;玻璃纤维与石英纤维界面结合强度大于酚醛气凝胶极限剪切应力,在断裂过程中酚醛气凝胶先被破坏,表现为“粘性界面”。相较于玻璃纤维、石英纤维,碳纤维对NF/PA增韧、补强效果较优。     

反应物结构对酚醛凝胶及其气凝胶的影响

为研究反应物酚与醛的结构对酚醛凝胶过程及其气凝胶结构的影响,采用不同的酚与醛制备出了多种气凝胶。研究了反应物结构对凝胶过程的影响,并通过扫描电镜和孔径分析仪等仪器详细研究了气凝胶的结构。结果表明,酚醛反应的凝胶时间受反应物的活性及位阻效应共同影响,反应体系选择不当可能导致无法凝胶。采用不同的酚-醛体系,所得气凝胶结构也...     

碳纳米管气凝胶/天然橡胶复合材料的性能研究

碳纳米管气凝胶是一种具有分散特性的碳纳米管,通过自主研究开发的实验装置制备了碳纳米管气凝胶,并通过传统工艺制备了碳纳米管气凝胶/天然橡胶复合材料,研究了该复合材料的机械性能和导热性能等,结果证明该复合材料的拉伸强度、撕裂强度和导热性能等较炭黑/天然橡胶复合材料分别提高了47%,52%,49.9%,同时揭示了碳纳米管气凝胶良好的分散特性及其广阔的应用前景。     

新型反应体系酚醛气凝胶的制备与表征

采用地衣酚（又称5-甲基间苯二酚,MR）——糠醛这一新的反应体系,用氢氧化钠作催化剂（C）,通过溶胶-凝胶工艺制备出了酚醛气凝胶.通过扫描电镜、比表面和孔径分析仪等仪器详细研究了工艺参数与气凝胶的骨架结构及孔结构的关系.结果表明：反应物质量含量对气凝胶骨架颗粒大小的影响较其他因素要大,而孔径分布则受反应物质量含量及酚与...     

聚酰亚胺气凝胶及其薄型复合材料的制备和性能研究

航天器和尖端武器等领域对热导率低且柔性可弯曲的高性能隔热材料需求迫切。典型的二氧化硅基、氧化铝基和碳基等无机质气凝胶隔热材料因力学性能差、脆性大且不可弯曲等缺点无法满足狭窄空间及弯曲型面的隔热需求。相比无机气凝胶,聚酰亚胺(PI)气凝胶具有良好的力学性能和柔韧性能,同时具有低热导率特性,使其在柔性隔热材料方面具有广阔的应用前景。本工作采用溶胶-凝胶法,利用超临界干燥技术研制了聚酰亚胺气凝胶及其复合材料。研究表明：PI气凝胶的密度低至0.032 g/cm³,热稳定性能优异,热导率为0.025 8 W/(m·K);PI气凝胶薄型复合材料的热导率为0.023 0 W/(m·K),与无机气凝胶复合材料隔热性能相当,并表现出良好的柔性特点。本研究还首次报道了薄型柔性PI气凝胶复合材料。     

SiOC气凝胶/柔性陶瓷纤维复合材料的制备和性能

选用正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,用溶胶-凝胶法制备不同C/Si(原子比,下同)比的SiOC气凝胶,再用大气喷涂法将其喷涂在柔性陶瓷纤维隔热毡中制备出SiOC气凝胶/柔性陶瓷纤维复合材料。C/Si比,是影响SiOC气凝胶/柔性陶瓷纤维复合材料性能的主要因素。随着C/Si比的提高SiOC溶液的凝胶时间延长且更易浸入隔热毡,材料的密度和热导率先降低后提高。C/Si比为0.67的材料热导率最低,其室温热导率为0.026 W/m·K,1000℃时的热导率为0.174 W/m·K。与未改性的隔热毡相比,其热导率显著降低,尤其是在高温下热导率降低47%;同时,这种材料还具有优异的耐高温和抗氧化性能,在1200℃空气中静烧1 h后试样的质量损失只约为1%,静烧3 h后约为5%,随着C/Si比的提高其质量损失随之提高;同时,SiOC气凝胶复合材料还具有良好的疏水性能、柔性和回弹性。     

玻璃微珠/PI气凝胶复合材料的制备与吸声性能研究

PI气凝胶是一种多孔吸声材料,但对中低频声波的吸声效果欠佳。为了提高PI气凝胶对中低频声波的吸声性能,引入不同粒径(29μm、40μm、55μm)的玻璃微珠(HGM)作为复合相,采用溶胶-凝胶、CO₂超临界干燥等工艺制备了中低频声波吸声性能良好的HGM/PI气凝胶复合材料,研究了复合材料的性质(比表面积、收缩率、密度)、微观结构以及吸声性能,分析了HGM的粒径、添加量和复合材料本身厚度对复合材料吸声性能的影响。结果表明：复合材料的密度(0.156～0.208 g/cm³)、比表面积(107.8～399.8 m²/g)与HGM的堆叠密度和添加量有关。在500～6 300 Hz范围内,30 mm厚的空白样品(PI气凝胶)的吸声系数峰值为0.39(3 150 Hz),添加HGM后,相同厚度的复合材料在1 000～2 500 Hz出现峰值,较空白样品向低频方向移动,峰值大小为0.56～0.87,均高于0.39。对比发现,在1 000～2 500 Hz范围内,粒径为29μm的HGM与PI气凝胶复合后的材料吸声性能最好,粒径为40μ...     

石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及导电性能

以氧化石墨烯为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了石墨烯气凝胶（GA）,然后通过超声混合的方式将GA与环氧树脂（EP）复合,制备了GA/EP复合材料。利用扫描电镜、N₂吸附测试、X射线光电子能谱和X射线衍射对GA的结构进行了表征,并研究了添加不同质量分数的GA对GA/EP 复合材料的热性能和导电性能的影响。结果表明,GA具有丰富的孔结构,其骨架是由石墨烯无规则堆积在一起形成的三维网格结构。经过高温热还原处理后,GA的比表面积增加到731.84 m²·g^-1,组成其骨架的石墨烯的层间距缩小至0.347 nm,且绝大部分的含氧基团已经被除去。DMA和电导率测试结果表明,随着GA质量分数的增加,GA/EP复合材料的玻璃化转变温度呈现先升高后降低的变化趋势,而其电导率则呈现逐渐增加的趋势,逾渗阈值在0.05%~0.3%之间。     

氧化硅气凝胶隔热复合材料研究进展

氧化硅气凝胶由于纤细的纳米结构,具有极低的热导率,是一种新型轻质保温隔热的理想材料。但其力学性能和高温遮挡红外辐射能力差限制了气凝胶在该领域的应用。通过添加增强体和遮光剂研制气凝胶隔热复合材料是主要的解决方法。本文综述了近年来气凝胶隔热复合材料的制备方法,重点分析了气凝胶复合材料在力学性能和隔热性能方面的研究进展,并指出了存在的问题,对今后的研究提出了展望。     

氧化铝气凝胶的合成与性能

氧化铝气凝胶具有大比表面积、高孔隙率以及比氧化硅气凝胶更优异的热稳定性, 在高温隔热和催化领域有广阔的应用前景, 但其复杂的合成工艺和较低的强度限制了其应用。本文首先介绍氧化铝气凝胶合成工艺, 指出溶胶-凝胶过程中存在的问题, 不同干燥方式的特点以及最新发展的干燥工艺; 然后介绍了近年来氧化铝气凝胶在比表面积、热稳定性、强度、导热系数等性能改善方面所取得的代表性研究成果; 最后介绍了氧化铝气凝胶在高温催化、隔热领域的应用, 并展望了未来氧化铝气凝胶的发展方向以及应关注的问题。     

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。     

硼酚醛/杉木粉复合材料的制备与性能

以杉木粉为原料、硼酚醛预聚体为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了硼酚醛/杉木粉复合材料。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、热失重等分析方法,研究了该复合材料的结构和相关性能。结果表明,木材中的羟基与硼酚醛预聚体上的羟基发生了缩合反应,形成了比较稳定的B-O-C键,木材纤维素的结晶被破坏,介观空隙消失;木粉用量的增加会导致复合材料缩合反应程度下降,木材纤维素结晶遭破坏程度降低。缩合反应生成的强化学键显著提高了复合材料的耐热性能,使失重10%时的热分解温度从270℃(木粉)提高到547℃。复合材料的吸水率远小于木材,而冲击强度、拉伸强度均呈现随木粉用量的增加先增大后降低的趋势。     

气凝胶隔热性能及复合气凝胶隔热材料研究进展

气凝胶由于具有极高的孔隙率和极低的热导率,因此可以作为一种超级绝热材料.对气凝胶的隔热特性进行了介绍,重点对掺杂改性的复合气凝胶隔热材料的耐高温隔热性能进行了综述和探讨,并对气凝胶复合隔热材料的应用现状进行了回顾.     

硼改性酚醛泡沫复合材料的制备与性能研究

为改善酚醛泡沫的耐高温性能,实验将适量的B2O3引入酚醛泡沫,经模压成型、固化后,制备出硼改性酚醛泡沫复合材料;研究了硼改性酚醛泡沫复合材料的微观结构,以及不同的硼含量对酚醛泡沫的压缩性能、耐高温性能的影响。结果表明,硼改性酚醛泡沫的压缩断裂特征为假塑性断裂模式;引入适量的B2O3,可改善树脂基体相的韧性,提高酚醛泡沫复合材料的压缩强度,当B2O3含量为质量分数4%时,酚醛泡沫的压缩强度最大,为10.14 MPa,比纯酚醛泡沫提高了5.18%。硼改性有利于酚醛泡沫的高温稳定性,酚醛泡沫的热分解温度和残碳率均随硼含量的增加而有所提高;当B2O3含量为质量分数7%时,酚醛泡沫的耐高温性能最优,其失重10%时的热分解温度为447℃,比纯酚醛泡沫提高了76.68%;其800℃下的残碳率为66.37%,较纯酚醛泡沫高出16.05%。     

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。