SiO2納米纖維-納米顆粒復(fù)合材料的制備及其隔熱性能研究.pdf

1、目前，世界范圍內(nèi)的能源和環(huán)保問題日益凸顯，節(jié)能降耗減排是實現(xiàn)社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。隔熱材料可有效減少熱量在產(chǎn)生、輸送、儲存和使用等過程中伴隨的損失，廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道、建筑、航空航天、熱電池和熱防護服等民用和軍用領(lǐng)域，從而有效提高能源利用效率，達到節(jié)能降耗減排的目的。纖維類隔熱材料由于成本低、密度低、導(dǎo)熱系數(shù)低、比熱容小、使用操作方便，一直備受市場青睞，但是有機纖維隔熱材料在高溫隔熱應(yīng)用中存在耐高溫和耐火性差、易吸濕的缺陷，而

2、無機纖維隔熱材料具有耐高溫、耐火和耐化學(xué)腐蝕的優(yōu)點，已成為隔熱領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ母魺岵牧希珎鹘y(tǒng)無機纖維卻因脆性大、強度低、可加工變形性差而限制了其在隔熱市場的應(yīng)用。因此，研究和開發(fā)一種具有優(yōu)異柔性和強度的無機纖維隔熱材料，并進一步提高其隔熱性能，便具有十分重要的社會和經(jīng)濟意義。
　　本課題利用靜電紡絲法制備二氧化硅（SiO2）納米纖維膜，纖維經(jīng)細化獲得良好柔性和較好的隔熱性能，并通過酸堿兩步溶膠-凝膠法制備硅溶膠，在凝膠之前，將

3、SiO2納米纖維膜（SNF）浸漬其中，經(jīng)過硅溶膠凝膠、老化、溶劑置換、疏水處理和常壓干燥等一系列工序，使 SiO2納米纖維表面和纖維之間的孔隙中原位生長具有納米孔結(jié)構(gòu)的SiO2氣凝膠（SA）納米顆粒，從而在纖維膜中引進納米孔隙結(jié)構(gòu)，進一步改善纖維的隔熱性能，使獲得的SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料（SNF/SA）兼具SiO2納米纖維和氣凝膠輕、薄、柔韌、高強、耐高溫、耐火、耐化學(xué)腐蝕、疏水和導(dǎo)熱系數(shù)低的優(yōu)點。
　　為了獲得柔

4、性好、強度高、導(dǎo)熱系數(shù)低的隔熱材料，本課題通過配置不同濃度的硅溶膠來獲得 SiO2氣凝膠納米顆粒質(zhì)量分數(shù)分別為20％、35%、60%和70%的復(fù)合隔熱材料，研究了納米顆粒負載量對SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料形貌結(jié)構(gòu)、機械性能和疏水性能的影響。結(jié)果表明，在SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料中，納米纖維起支撐骨架和橋聯(lián)作用，氣凝膠納米顆粒均勻粘附在纖維上或填充于纖維與纖維之間的孔隙之中；隨著顆粒負載量的增加，材料的拉伸斷裂強度

5、由最初的2MPa增大到6.5MPa，但是顆粒負載量過多造成材料柔性下降，無顆粒添加時的靜電紡 SiO2納米纖維膜柔性最好，其柔軟度為50mN；材料的疏水性能隨顆粒負載量的增加呈線性增長趨勢，顆粒負載量為70%的SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料疏水角達155°，具有超疏水性能。
　　對制備的柔性SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料進行隔熱性能和熱穩(wěn)定性研究，結(jié)果表明，柔性SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料在常溫下具有超低