纳米SiO_2气凝胶-纤维复合绝热材料的制备及其在陶瓷窑炉结构中的应用

论文分析了多功能纳米材料——气凝胶的应用现状,采用二步法-非超临界干燥条件下制备纳米孔SiO_2气凝胶以及纳米SiO_2气凝胶-纤维复合材料,结合气凝胶-纤维复合材料独特的低导热系数及绝热性能,分析其在陶瓷窑炉结构设计及节能应用中的良好效果。     

二氧化硅气凝胶的研究进展

介绍了二氧化硅(SiO_2)气凝胶的发展历程,总结了SiO_2气凝胶的制备方法和应用,从疏水化、增强改性、掺杂改性等几个方面介绍了SiO_2气凝胶的研究进展。     

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。     

二氧化硅气凝胶的制备及其在隔热涂层材料中的应用进展

二氧化硅(SiO_2)气凝胶由于特殊的材质及内部三维网状孔隙结构,导热系数低,隔热保温性能优异。阐述了SiO_2气凝胶的制备方法、隔热机理及其在隔热涂层材料中的应用进展;同时考察了气凝胶与耐高温树脂(如酚醛、脲醛树脂等)制备复合材料以应用于涂料中的可行性,以期拓宽SiO_2气凝胶的应用范围。     

悬浮聚合法制备SiO_2气凝胶-聚苯乙烯复合材料

采用悬浮聚合的方法制备了SiO_2气凝胶-聚苯乙烯复合材料,研究了SiO_2气凝胶添加量对复合材料在合成过程中的聚合时间、聚合度、分子量及其分布的影响,以及对复合材料的T_g、高温稳定性等性能的影响。结果表明,随着SiO_2气凝胶含量的增多,聚合反应时复合材料的聚合时间增长,单体转化率下降;GPC测试表明,随着SiO_2气凝胶添加量的增加,数均分子量减低,且PDI有所增加,同时平均粒径增长迅速;DSC与TG测试表明,玻璃化转变温度与初始分解温度逐渐升高,失重速率有所降低。     

芳纶复合纳米纤维气凝胶的制备及其性能研究

将SiO2纳米粒子加入到由去质子化方法制备的芳纶纳米纤维分散液中,制备芳纶复合纳米纤维气凝胶.通过一系列表征测试,分析了无机纳米粒子添加的芳纶复合气凝胶的力学性能、热性能和燃烧性能.试验结果表明:制得的复合纳米气凝胶的密度为5.6 mg/cm3,在80％压缩应变下可承受280 kPa的应力,并且具备低导热系数[27.0...     

O_2等离子体改性玻璃纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的制备及表征

为了制备得到性能优异的疏水SiO_2气凝胶复合材料,以O_2等离子体处理的玻璃纤维作为增强相,结合溶胶-凝胶法和超临界CO_2干燥工艺制备SiO_2气凝胶复合材料并对复合材料的结构、表面基团、疏水性、热稳定性以及绝热、力学性能进行表征。结果一方面表明O_2等离子体处理改善了玻璃纤维与SiO_2气凝胶的结合能力,使复合材料具有更加优异的绝热性能和力学性能;另一方面表明疏水改性后的O_2等离子体处理玻璃纤维增强的SiO_2气凝胶复合材料在MTMS与TEOS比例为0.4∶1时,具有低密度(0.228 g/cm~3)、低导热率(0.0214 W/m·K)、高孔隙率(80.0%)、高比表面积(741.66 m~2·g~(-1))、高疏水角(129.2°)以及高抗压强度(σ_(20%)=152.88 kPa)的特点。这些优异的性能促进了O_2等离子体处理玻璃纤维增强的SiO_2气凝胶复合材料在绝热领域更加广泛的应用。     

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。     

纤维素纤维/SiO2复合气凝胶的结构性能表征及应用

本文以纤维素纤维为骨架,原位生成SiO_2气凝胶,从而制备出纤维素纤维/SiO_2复合气凝胶。采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)等手段表征了复合气凝胶的结构,通过热失重分析仪、接触角测量仪、纺织品热阻测试仪测试了复合气凝胶的基本性能,进而用复合气凝胶制作了保温服装,并采用暖体假人和红外热成像仪测试了其保温性能。研究结果表明,该纤维素纤维/SiO_2复合气凝胶具有优越的保温性能,轻薄柔韧,有望用于航空航天、极地科考、滑雪登山、以及时尚保暖服上。     

一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用

本发明公开了一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用.该芳纶微纳米纤维的制备方法包括如下步骤: (1) 将芳纶聚合物加入到分散溶剂中, 得到芳纶聚合物分散液; (2) 将芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理, 同时将分散剂进行气喷雾化处理, 然后将气喷雾化处理形成的两股射流充分混合后收集, 再分散于水中进行超声分散处理, 得到具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维; 其中, 气喷雾化处理的条件为: 喷丝孔型为内进气孔, 外进液孔, 雾化器的孔径范围为0. 1 ～5. 0 mm, 气体压力范围为0. 1～1. 0 MPa.     

溶剂顺序及配比对常压制备SiO_2气凝胶的影响

以硅溶胶为硅源,在氨水催化下硅溶胶变为凝胶,凝胶经溶剂替换和改性后在常压干燥条件下制备了SiO_2气凝胶。研究了不同溶剂顺序及配比对SiO_2气凝胶的影响。用扫描电镜对SiO_2气凝胶的形貌进行了表征,用比表面积及孔径分析仪对气凝胶的基本性质进行了分析,用综合热分析仪对气凝胶进行了热稳定性分析,结果表明,当乙醇、正己烷、三甲基氯硅烷的体积比为10:10:1时,气凝胶的气孔分布较为均匀,三维网络结构以及性能较好。     

常压干燥工艺制备SiO_2纳米纤维-SiO_2复合气凝胶及其表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,原位合成的SiO_2纳米纤维为增强相,采用溶胶-凝胶法、三甲基氯硅烷(TMCS)表面改性和常压干燥工艺制备SiO_2纳米纤维-SiO_2复合气凝胶,利用SEM、XRD、FT-IR、BET和TG等手段对复合气凝胶的相关结构和性质进行表征,研究了SiO_2纳米纤维的复合对气凝胶的影响。结果表明,SiO_2纳米纤维的加入可以形成有效的骨架结构,改善气凝胶的微观形貌和空间结构,并且有着良好的兼容性、分散性和热稳定性,保持了较高的孔隙率等优良性能,所得复合气凝胶孔径为10~20 nm,孔隙率达97%。     

纤维增强型二氧化硅气凝胶复合材料常压制备及表征

采用溶胶-凝胶法分别制备了木质素纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维等5种纤维增强型二氧化硅气凝胶复合材料,并对其进行了表征。结果表明：聚丙烯腈纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的收缩率最小（仅为9%）,且比表面积最大（为583 m2/g）;玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的块体光滑度最好;聚丙烯纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的透明度最高。纤维本身材质的差别导致了其与凝胶粒子的结合程度有所差异,因而对复合材料块体的透明度、比表面积、收缩率产生影响,而5种纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的疏水性能均非常良好。     

SiO2气凝胶/纤维复合材料热稳定性的研究

本文以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体;乙醇和水为溶剂;采用HCl和NH3.H2O两步催化法;以莫来石纤维为增强材料,在溶胶-凝胶过程后,经过表面改性;采用常压干燥工艺、真空干燥工艺,制备了轻质纳米SiO2气凝胶/莫来石纤维复合材料。采用STA 449 C型热重分析仪,对复合材料的热稳定性进行了测试,并分析了纤维填入后对复合材料热稳定性的影响。     

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))。     

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。     

SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

SiO₂气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO₂气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO₂气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。     

常压制备SiO_2气凝胶的温度控制研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,乙醇(EtOH)为溶剂,盐酸和氨水为酸碱催化剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为干燥控制化学添加剂,通过溶胶-凝胶法制备SiO_2醇凝胶,经异丙醇(IPA)/正己烷(Hexane)溶剂置换,三甲基氯硅烷(TMCS)/正己烷表面改性等工艺,最后经常压干燥制备完整,低密度,高比表面积,超疏水的SiO_2气凝胶块体。研究了各工艺阶段温度变化对气凝胶性能的影响。研究发现:水解温度为35℃,凝胶温度为室温,老化温度为50℃,分步溶剂置换中前4步为50℃,第5步为35℃,改性温度为35℃,清洗温度为50℃,制备的SiO_2气凝胶块体,比表面积高达892.33 m~2/g,密度0.142 g/cm~3,疏水角140°。     

以水玻璃为源制备SiO_2气凝胶的最佳工艺研究

以低成本的水玻璃为硅源,水为反应物及溶剂,采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备SiO_2气凝胶。并通过SEM、TEM和XRD等测试手段对气凝胶进行表征,实验研究了水玻璃和水的比例,硅酸的pH、改性溶剂的比例和干燥条件等对SiO_2气凝胶性质的影响。结果表明:工业水玻璃与水的体积比为1:5,pH调节为6,在50℃下老化3h,采用三甲基氯硅烷(TMCS)、正己烷和乙醇的混合液进行改性。其中,乙醇与三甲基氯硅烷(TMCS)体积为2:3,加入三甲基氯硅烷(TMCS)的体积比为20%,在50℃下置换72小时,130℃下干燥制备得到的SiO_2气凝胶的性能最好。