复合增强型SiO_2气凝胶的一步法快速制备与性能表征

以水玻璃为前驱体,去离子水为溶剂,经溶胶-凝胶反应形成陶瓷纤维(含15%)增强的SiO2湿凝胶,采用乙醇/三甲基氯硅烷/正己烷的混合液进行一步溶剂替换和表面基团改性后,经常压干燥制备出复合SiO2气凝胶块体。该复合气凝胶密度低(0.216 g/cm3)、成形性好,经高温处理后仍保持未开裂块状。样品与纤维复合后,纤维与SiO2气凝胶网络结合较好,复合材料的孔洞保持完整,骨架未发生断裂,基本保持较明显的海绵状网络结构和球形骨架结构。通过对气凝胶样品进行微观结构和比表面积分析、热重和疏水性测试、弹性模量及热导率表征,测得复合SiO2气凝胶的比表面积为743 m2/g,疏水接触角为146°,弹性模量为5.1 MPa。当温度升至400℃时,该气凝胶的热导率从0.026 3 W/(m·K)增加到0.051 2 W/(m·K),疏水接触角为138°。此外,对一步法涉及的溶剂替换及表面修饰机理也进行了分析。     

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。     

预氧化纤维毡增强SiO_2气凝胶复合材料的制备及其性能研究

以无水乙醇、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,聚丙烯腈预氧化纤维毡为增强体,通过溶胶-凝胶、低温超临界干燥等工艺制备了SiO_2气凝胶复合材料。SiO_2气凝胶的纳米骨架结构减少了固态热传导,纳米级孔洞减少了气体热传导和对流传热,另外聚丙烯腈纤维减少了辐射传热。所制备的SiO_2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其25℃和200℃的导热系数分别为0.0181 W/(m2·K)和0.0236 W/(m2·K)。纤维毡提供了力学支撑,力学性能得到了提升。     

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）。     

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.     

玻璃纤维增韧SiO_2气凝胶复合材料的制备及隔热性能

采用蓬松处理后的玻璃纤维薄层为增强相,通过溶胶-凝胶法常压干燥条件下制备疏水性的SiO_2气凝胶复合隔热材料。研究了水与硅的摩尔比和玻璃纤维添加量对复合材料导热性能的影响。结果表明:前驱体液中水与硅的摩尔比为3:1时,复合材料中SiO_2气凝胶平均纳米孔径为8.160 nm,材料的密度为0.142 g/cm~3,孔隙率为88.03%,导热系数低达0.023 2 W/(m·K)。随着样品中纤维薄层含量的增加,复合材料的导热系数近似线性增长。考虑材料的成型条件,最优的纤维添加量为16%,材料的抗弯强度为0.533 MPa,抗压强度为29.59 kPa(25%形变)。与传统玻璃纤维增韧气凝胶复合材料相比,新材料的纤维添加量降低,材料密度更小(0.13~0.16 g/cm~3),导热更低(0.023~0.027 W/(m·K))。     

SiO2凝胶/铝硅纤维复合材料的高温损坏机理研究

本文采用浸渍法制备了SiO2凝胶/铝硅纤维复合材料,通过分析材料的热失重-差示扫描热、微观形貌、物相组成及热传导等特性,得出了复合材料高温损坏机理.研究结果表明,SiO2凝胶/铝硅纤维复合材料相对于硅铝纤维,析晶温度可提高200℃;随着热处理温度由900℃升至1200℃,复合材料的气孔率由55％升至75％,体积密度由0.85 g/cm3降至0.45 g/cm3,导热系数由0.0767 W/(m·K)增至0.0908 W/(m·K),压缩回弹率由90％降至43％;当热处理温度达到1200℃,复合材料的力学性能损坏,主要原因是莫来石和方石英的析晶,以及硅凝胶与纤维之间的粘结失效.     

一锅法制备酚醛基炭气凝胶

炭气凝胶因其优异的隔热性能和耐高温性能，成为热保护系统中的最具潜力的高温隔热材料之一。然而，由于现有炭气凝胶制备工艺复杂、周期过长等因素，限制了其工业化制备及其应用。论文采用一锅法制备酚醛气凝胶、经炭化制得炭气凝胶，与传统法制备的炭气凝胶进行了对比，表征了炭气凝胶的孔结构、微观形貌，考察了固含量对炭气凝胶密度、收缩率的影响及热导率随密度及温度的变化。结果表明，随着固含量的增加，密度逐渐增大，而收缩率基本维持在22%左右，不随固含量的变化而变化，固含量从16%增加到46%时，炭气凝胶的密度从0.15 g/cm³增加到0.58 g/cm³,其中，密度为0.15 g/cm³的炭气凝胶室温下热导率低至0.074 W/(m·K),随着温度升高热导率逐渐增大，1 800℃高温下热导率为0.620 W/(m·K)。一锅法有望成为一种快速、批量、低成本制备炭气凝胶的新技术路径。     

疏水性SiO2气凝胶常压干燥制备与表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,以NH4F为催化剂,实现了纳米多孔SiO2气凝胶材料的常压干燥制备,采用三甲基氯硅烷(TMCS)进行疏水改性,以减少样品在使用过程中的收缩和塌陷.结果表明:TMCS疏水改性的SiO2气凝胶样品的表观密度为0.191 g/cm3,导热系数为0.031 W/(m· K),比表面积为667 m2/g.SEM和TEM的测试结果表明,所得样品为纳米介孔材料.接触角的测定分析表明,TMCS疏水改性的SiO2气凝胶样品与水的接触角为147°,表现出良好的疏水性.400 ℃热处理后,气凝胶因失去大量的甲基基团,由疏水性变为亲水性.     

SiO_2气凝胶复合块体材料质轻绝热

厦门大学材料学院优选出添加粘结剂、红外遮光剂和纤维骨架,采用常压干燥技术成功制备出优质SiO2(二氧化硅)气凝胶复合绝热块体材料.该材料为陶瓷纤维增强的纳米孔、微孔SiO2     

NaNO3/SiO2复合定形相变材料的溶胶-凝胶法制备与表征

以硅酸钠和硝酸为原料,采用溶胶-凝胶法制备了硝酸钠/氧化硅(NaNO3/SiO2)复合定形相变材料,分析了材料的组成、物相、热稳定性和相变性能. 结果表明,原位生成的NaNO3作为相变物质分散在载体SiO2的多孔网络结构中形成定形相变材料,仅是NaNO3与SiO2的物理复合,制备和焙烧过程中都没有产生新物质. 材料在低于600℃时具有良好的热稳定性,融熔热和结晶热分别为144.1和142.6 kJ/kg,融熔和结晶温度分别为302.3和301.2℃. 经100次热循环后,材料的相变热和相变温度基本保持不变.     

纳米二氧化硅填充PVDF聚合物微孔膜的研究

以丙酮及N,N-二甲基甲酰胺为混合溶剂、聚偏氟乙烯为成膜物质、纳米二氧化硅为填料,通过溶液共混法制备了聚偏氟乙烯/二氧化硅(PVDF/SiO2)复合微孔薄膜。研究发现,溶剂组分质量比对薄膜力学性能有重要影响,当m(丙酮)∶m(N,N-二甲基甲酰胺)=19∶1时,薄膜力学性能最佳,其拉伸强度为3.26 MPa;经纳米SiO2改性后,复合薄膜力学性能随SiO2质量分数的增大先提高后降低,在w(SiO2)=20%时,薄膜拉伸强度达最大值6.36 MPa;复合薄膜孔隙率随SiO2质量分数的升高而增大,当w(SiO2)=40%时,孔隙率达最大值113.9%。     

NR/SiO_2复合体系结合胶及动态力学性能研究

研究了白炭黑用量和Si69原位改性对NR/SiO2复合体系结合胶含量及其与动态力学性能之间关系的影响。结果表明,随着白炭黑用量的增大,2种复合体系(NR/SiO2/Si69和NR/SiO2)结合胶含量均呈现先增大后减小的趋势。当白炭黑用量达到临界值时,复合体系结合胶含量最大,此时Payne效应开始显现。当白炭黑用量超过临界值时,复合体系结合胶含量减小,形成完善的填料网络结构,出现明显的Payne效应。与NR/SiO2复合体系相比,NR/SiO2/Si69复合体系结合胶含量大大提高,白炭黑用量的临界值也相应提高,Payne效应减弱。     

纳米SiO2增强TPS/PVA复合材料的研究

以甲酰胺／己内酰胺为复配增塑剂,添加纳米二氧化硅（SiO2）熔融制备了热塑性淀粉／聚乙烯醇／纳米二氧化硅（TPS／PVA／SiO2）复合材料,研究了复合材料的力学性能、流变性能和耐水性能。结果表明：添加1phr的表面改性SiO2,TPS／PVA的拉伸强度和断裂伸长率以及耐水性能均有所提高,但过量的纳米SiO2对材料的力学性能有损害;经KH560表面改性的纳米SiO2的团聚明显减少,因而对TPS／PVA性能的改善更明显;TPS／PVA／SiO2复合材料具有优良的加工性能,熔体表现出假塑性流体的特征。     

煤矸石中提取纳米SiO2及其有机纤维复合膜的制备与表征

煤矸石经活化、酸浸、过滤、碱浸等工艺,提取出纳米SiO2粉体材料.用静电纺丝技术制备了一系列PAN-SiO2有机纤维复合膜,用FTIR、SEM、EDS对其进行了表征.结果表明,PAN-SiO2有机纤维复合膜中,纤维的直径及SiO2的粒径达到纳米级;确定PAN与SiO2比例为1：1时,SiO2均匀的分布在有机纤维膜当中,分散性最好.     

SiO2涂层对MF/Al2O3复合材料界面性能的影响

利用溶胶-凝胶法在纤维表面制备SiO2涂层,改善莫来石纤维(MF)与Al2O3基体的结合性能,通过扫描电镜观察分析研究了不同pH值、不同水硅比下制备的硅溶胶在纤维上的涂敷效果。通过三点弯曲实验等手段研究了纤维表面涂层对复合材料力学性能的影响。研究结果表明:当pH值在1～2之间,水硅比r=1时,SiO2溶胶的涂敷效果最理想,复合材料抗弯曲强度达到419.67 MPa;相对密度94.15%。     

增强聚氨酯硬泡塑料压缩性能的研究与表征

研究纤维与粒子混杂增强聚氨酯复合硬泡塑料的压缩性能，着重分析增强剂中SiO2含量以及纤维对其性能的影响。结果表明，压缩性能随着SiO2含量的上升而上升，密度大时，增强效果更佳；玻璃纤维虽然也能提高混杂增强聚氨酯硬泡的压缩性能，但是增强效果不如SiO2粒子。     

纳米级SiOx与硅灰对水泥基材料的复合改性效应研究

用TEM测试评价了纳米级SiOx与硅灰的颗粒形貌，在分别研究纳米级SiOx硅灰的活性和其对水泥基复合材料改性的基础上，将纳米级SiOx与硅灰复合作为高活性的组合料，探索了对水泥基材料的复合改性效应，除进行宏观力学性能测试评价之外，用DTA，XRD和SEM分析了水泥基材料的组成、显微结构。研究表明，纳米级SiOx和硅灰具有很高的活性和表面效应，水泥石基体相的显微结构致密，CSH凝胶交织成致密的网状结构，结构缺陷显著降低。DTA，XRD分析表明，水泥石中Ca(OH)2明显减少，由Ca(OH)2带来的砂浆和混凝土集科界面过渡区的缺陷将大大改善。此外，纳米级SiOx与硅灰复合后对砂浆的力学性能改善效果比水泥净浆更为显著。     

纳米二氧化硅水溶胶改性UWPU的研究

通过丙酮法合成光固化水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体,用三乙胺中和后在乳化过程中原位引入纳米二氧化硅水溶胶(Wv33、R900、R301)制备二氧化硅/光固化水性聚氨酯(SiO2/UWPU)纳米复合乳液,并进一步通过紫外光固化制备了SiO2/UWPU复合膜。通过电子扫描显微镜(SEM)和电子拉力机研究了不同纳米二氧化硅水溶胶对UWPU/SiO2复合膜的微观结构和力学性能的影响。SEM分析表明表面有机改性的pH值接近中性的硅溶胶(Wv33)较pH为酸性或碱性的硅溶胶在聚氨酯基体中有较好的分散性;应力-应变曲线分析表明Wv33能有效实现对复合膜的增强,即提高了复合膜的储存模量、拉伸强度和邵A硬度。     

Cure Characteristics and Mechanical Properties of HRH Bonded Nylon-6 Short Fiber-Nanosilica-Acrylonitrile Butadiene Rubber Hybrid Composite

Nano silica was synthesized by acid hydrolysis of sodium silicate using diluted hydrochloric acid. This synthetic nanosilica was used in place of hydrated silica in a HRH (hexamethylenetetramine, resorcinol and silica) bonding system for acrylonitrile butadiene rubber–nylon-6 short fiber composite. Nanosilica was also used as a reinforcing filler in acrylonitrile butadiene rubber–nylon-6 short fiber hybrid composite. Cure characteristic and mechanical properties of the hybrid composites were evaluated. Minimum torque, maximum torque, and cure time of the hybrid composites increased with silica loading. Cure rate increased with fiber loading and decreased with silica content. Scorch time also decreased with fiber loading and silica content. Volume fraction of rubber in a solvent-swollen sample increased with nanosilica. The efficiency of the HRH dry bonding system was improved in the presence of nanosilica. Nanosilica in the rubber composites also improved the tensile strength, modulus, and tear strength better than the conventional silica composites. Abrasion loss, hardness, resilience, and compression set properties were also better for the nano silica composites. The composites showed anisotropy in mechanical properties.