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《哈尔滨工程大学》 2014年
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SiO_2气凝胶/纤维复合隔热包装材料的制备及隔热机理研究

赵红  
【摘要】:随着国民经济和国防工业的快速发展,电子、化工、医药、食品等行业对保温隔热包装材料提出了更多的要求,轻质、低热导率、具有一定结构强度的新型隔热材料引起了人们的广泛关注。本文基于轻质隔热包装材料结构设计、材料体系设计及成型工艺设计,以硅酸铝纤维、玄武岩纤维为支撑纤维骨架结构材料,SiO2气凝胶为隔热主体材料,以硅溶胶、硅酸钠水溶液等为胶黏剂,采用高速离心分散方法结合模压工艺,制备一种新型、轻量化、隔热的SiO2气凝胶/纤维隔热复合包装材料,针对材料的制备技术及其隔热机理开展了系统性研究。采用SEM、导热系数仪等分析测试手段,研究了纳米多孔SiO2气凝胶/纤维隔热复合材料组成与微观结构对其隔热性能的影响。重点分析了 SiO2气凝胶含量、无机纤维种类及复合材料密度等对SiO2气凝胶/纤维复合材料隔热性能的影响。对所制备的复合材料平板件进行了热传导模拟实验,分析其传热过程,探讨了隔热材料的隔热机理,制备了110mm×110mm×120mm的轻质、隔热保温结构,并对其隔热性能及强度进行了测试和评价。研究结果表明,SiO2气凝胶/玄武岩纤维隔热复合材料隔热效果比SiO2气凝胶/硅酸铝纤维隔热复合材料隔热效果好。SiO2气凝胶/纤维复合材料密度在0.10~0.40g/m3范围内的玄武岩纤维复合材料,导热系数在0.010~0.030W/(m·K)范围,隔热保温性能较佳。建立了 SiO2气凝胶/纤维复合材料热传导理论预测模型,确定SiO2气凝胶/纤维复合材料热传导辐射传热为主,分析了热传导性能受材料厚度、材料孔隙率影响规律,揭示了SiO2气凝胶/纤维隔热复合材料的隔热机理。以SiO2气凝胶/纤维隔热复合材料为面层,多层瓦楞纸板为结构增强层,设计制备出110mm×110mm×120mm尺寸的复合隔热结构,按包装箱质量标准对其力学性能和热学性能进行测试。结果表明:SiO2气凝胶/玄武岩纤维隔热复合材料的复合结构包装箱性能达到质量要求。本项研究拓展了 SiO2气凝胶、玄武岩纤维的应用领域,丰富了包装材料体系,建立了以SiO2气凝胶/纤维体系为隔热层制备包装材料的工艺方法和理论,研究结果具有一定的理论意义和工程应用价值。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB484

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