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低热导复合隔热材料的制备研究

李涛  
【摘要】:硅酸铝纤维具有高强度、高模量等优点,而且耐热性和隔热性良好,多年来被广泛应用于热工设备和高速飞行器的热防护。随着现代航天航空技术的快速发展,传统隔热方法已不能满足日益提高的需求。Si02气凝胶具有低密度,高比表面积和孔隙率的优点,在隔热领域有极大的研究价值,但强度极低,实用价值受限。为了满足苛刻的隔热要求,本文研究了两种不同方法制备硅酸铝纤维气凝胶复合隔热材料。 第一种方法是以短切纤维为骨架,SiO2气凝胶粉末为隔热填料,铝溶胶为粘结剂,机械混合后入模干燥成型。研究结果表明,(1)硅气凝胶能很好地改善复合材料的热物性;(2)纤维的与气凝胶的比例对材料的热物性和强度影响很大,当纤维、气凝胶、铝溶胶质量比分别为25%、65%、10%时材料的500℃导热系数为0.044 W/(m·K),常温弯曲和拉伸强度分别为0.69MPa和.34MPa较好的力学性能。 第二种方法是基于溶胶凝胶理论,在纤维纸与硅溶胶复合制备纤维气凝胶复合材料,在一定温度下经过一步催化反应并干燥使之形成SiO2气凝胶。研究结果表明, (1)在95℃反应条件下,硅溶胶溶液在尿素的催化作用下快速形成凝胶,并在此温度下干燥形成了硅气凝胶,气凝胶的粒径在20~30nm范围,分布均匀无结块开裂,孔隙结构均匀;(2)硅溶胶在体系中的体积比对纤维复合材料的热物性和力学性能影响明显,当硅溶胶与无水乙醇之比为1:1时,材料具有良好的热物性,500℃时导热系数的导热系数为0.072 W/(m·K),常温弯曲和拉伸强度分别达2.16MPa和2.13MPa。 在此研究基础上采用第一种方法开展了在钢筒内壁制备杯状隔热层的应用研究,所制备的隔热层厚度可控且具有较好的强度,与钢筒内壁结合良好,其隔热效果比同厚度石棉纸高20~30%。


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