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纳米气凝胶绝热涂料的制备与绝热性能研究

王盛群  
【摘要】:本文针对我国在石化、航空航天、船舶和建筑等领域因绝热材料的落后造成了巨大能量损耗以及SiO_2气凝胶在高温下由于红外透过率、热导率高等缺点而使其应用受到限制的问题,选用无机粉体和耐火纤维为主要绝热填料,增强纤维作为增强相,依次加入气凝胶、遮光剂、粘结剂、发泡剂,采用机械搅拌的方法制备纳米气凝胶绝热涂料。研究了几种红外遮光剂的红外透过性能以及TiO_2红外遮光剂的粒度、微观形貌,研究了SiO_2气凝胶、TiO_2红外遮光剂、发泡剂对绝热涂料性能和微观形貌的影响,确定涂料的最佳配方。结果表明:SiO_2气凝胶在绝热涂料基体中分散均匀,涂料表面形成许多微孔结构;TiO_2作为遮光剂可有效地屏蔽红外辐射;发泡剂能够增加绝热涂料的孔隙率,阻碍热传递,降低导热系数,有效提高涂料的绝热性能。25nm金红石型TiO_2高温段下的红外透过率最低、4~12μm波段内质量光谱衰减系数最高,对热辐射的阻碍能力最强。SiO_2气凝胶与25nm金红石型TiO_2质量比为1:1时气凝胶绝热涂料的红外透过率和导热系数最低,综合性能最好。在具体实施过程中,需内层涂覆红外屏蔽层,外层涂覆气凝胶绝热涂料,提出了具有梯度孔结构的绝热涂料的设计思路及其制备方案。绝热涂料的干密度、抗压强度、导热系数随着SiO_2气凝胶或发泡剂添加量的提高而减小,随着涂层厚度和热源温度的逐渐增加,涂层厚度对绝热涂料绝热效果的增益作用越来越小。SiO_2气凝胶和25nm金红石型TiO_2添加量均为7.0%、发泡剂的添加量为0.9%时,纳米气凝胶涂料的综合性能最好,在70℃和350℃下导热系数仅为0.034W/(m·K)和0.047W/(m·K),具有薄层、高效、绝热性能优异的特点。


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