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水镁石纤维增强SiO_2气凝胶超级绝热材料研究

梁庆宣  
【摘要】:超级绝热材料的概念起源于20世纪90年代初期。美国学者Hunt.A.J.等在1992年国际材料工程大会上首先提出了超级绝热材料(Super thermal insulation material)的概念。迄今为止,国内外所报导的纳米孔超级绝热材料均是以SiO_2气凝胶作为纳米孔的载体。目前,国内外的气凝胶制备多以价格相对昂贵的正硅酸乙酯或正硅酸甲酯为硅源,制备中以超临界干燥法进行产物干燥,设备要求高,能耗大,工艺条件复杂苛刻,使气凝胶的成本很高。常压干燥制备SiO_2气凝胶的研究也是多以有机硅化合物为硅源。但以水玻璃为先驱体制备SiO_2气凝胶的常压干燥过程研究还很少。 针对SiO_2气凝胶目前国内外的研究现状,本文采用溶胶—凝胶法,以廉价的水玻璃为硅源,蒸馏水为溶剂,以纳米级水镁石纤维(FB)为气凝胶的增强材料,以表面张力较小的无水乙醇溶剂置换硅质胶液多孔固化体孔洞中表面张力较大的溶剂水,以有机硅防水剂对凝胶固体进行表面憎水处理制备了密度较低的疏水SiO_2气凝胶。这种方法不仅增强了产品的力学性能,而且很好地解决了产品在常压干燥过程中的收缩、开裂及崩塌问题,工艺和设备简化,降低了材料的制备成本,充分发挥了材料纳米结构的优点。 本文研究了SiO_2气凝胶的制备方法,机理及用水量、纤维加入量对气凝胶性能的影响,并对水镁石纤维(FB)在气凝胶中的分散性和气凝胶的常压干燥研究做了初步探索。 常压制备的气凝胶具有典型的气凝胶结构特征,气孔尺寸大部分在100nm以下,密度为0.33g/cm~3,导热系数在0.010W/(m·K)~0.030 W/(m·K)之间;产品的脆性得到了明显改善,抗压强度达2.2MPa,抗折强度达22.5KN;经有机硅防水剂表面处理后产品具有良好的疏水性能。所采用的制各工艺和设备简单,原料来源广、成本低廉,产品具有广阔的应用前景和极大的工业推广价值。


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