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具有高强度的层连间隔复合材料隔热性能研究

董淼军  
【摘要】:目前传统的单一结构的绝热材料难以满足民用高效节能以及工业装备等对隔热材料提出的更高要求,多功能化是今后绝热材料的发展趋势。层连间隔复合材料作为目前比较先进的三维纺织复合材料具有质量轻、耐腐蚀、阻燃、力学性能优异等特点。同时,由于其特殊的层连间隔结构,使之在保温隔热方面有很大的潜力。 本课题在分析研究了层连间隔复合材料的基本热力学性能的基础上,针对其导热系数较高的不足,研究以它为骨架结构,在其间隔部分填充具有高效绝热性能的短玻璃纤维增强的SiO_2气凝胶以增强隔热性能。本文研究的主要内容涉及以下四部分: (1)根据应用场合的特殊要求,选择隔热性能优良的纤维材料和树脂基体材料,设计了多种多层层连间隔织物,并对普通织样机进行了多方面的改造,织造了层连间隔织物(预制件),采用手糊成型的工艺对它进行树脂复合,制备了具有重量轻、高强度的层连间隔复合材料。 (2)以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,短玻璃纤维为增强材料,通过溶胶-凝胶二步法,在常压条件下制备一种可以用来均匀地填充层连间隔复合材料的短玻璃纤维增强的SiO_2气凝胶绝热材料,并应用扫描电子显微镜、热失重法(TG)、垂直燃烧法、红外光谱测定、电子织物强力机、导热系数测试仪等仪器对其外观形貌、密度、孔隙率、热稳定性、阻燃性能、疏水性能、力学性能和导热系数等进行了测试。 (3)通过特殊的工艺将具有高效隔热性能的二氧化硅气凝胶填充入具有高强度的层连间隔复合材料孔隙之中,构成一个有机复合材料整体,并测试了其各项基本力学性能(平压、侧拉、剪切和弯曲)和热学性能。 (4)建立填充气凝胶的层连间隔复合材料的传热模型,以此推导了填充有短玻璃纤维增强的SiO_2气凝胶的层连间隔复合材料的导热系数为0.064~0.081W/m·K。 本文制备的层连间隔复合材料不但力学性能得到改善,而且其隔热性能大大增强。


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