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纤维增强SiO_2气凝胶绝热材料的常压制备工艺研究

陈丽霞  
【摘要】: 气凝胶通常是指以纳米量级超细微粒相互聚结构成纳米多孔三维网络结构,并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。超级绝热材料是指在预定的使用条件下,其导热系数低于“无对流空气”导热系数的绝热材料。 SiO_2气凝胶从结构上完全符合超级绝热材料的基本特征。SiO_2气凝胶的微孔尺寸小于空气分子的平均自由程,从本质上切断了气体分子的热传导,而且微孔足够小,可有效控制气体对流传热;SiO_2气凝胶的固体体积分数控制在5%,可降低它的固态热导率;掺杂红外遮蔽剂能有效降低SiO_2气凝胶的红外辐射传热。故SiO_2气凝胶纳米孔绝热材料在其使用温度范围内均具有优异的绝热性能。 本文采用工业水玻璃为原料,纤维水镁石为增强材料,经溶胶-凝胶过程,在常压干燥下制备了SiO_2气凝胶纳米孔超级绝热材料。材料的基本参数为:密度0.23g/cm~3,体积收缩率4.3%,孔隙率88%,粒径50~80nm,孔径大部分100nm,SiO_2含量90.06%,有效导热系数0.015~0.025W/m·K,抗压强度5.4MPa,抗折强度0.5MPa。 论文研究了溶胶-凝胶过程对气凝胶凝胶时间、密度、体积收缩率、孔隙率、强度、导热系数等性能的影响,结果表明,要制备性能优良的SiO_2气凝胶,最佳的工艺配比为:水玻璃/水/酒精/纤维/氟硅酸钠=1/0.4/0.04/0.04/0.07;最佳制备温度为:20~25℃。 论文研究了热处理对气凝胶密度及强度的影响,结果表明:热处理工艺对提高SiO_2气凝胶的性能帮助不大。


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