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(wèn)題日益凸顯，節(jié)能降耗減排是實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(chǔ)存和使用等過(guò)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(hù)服等民用和軍用領(lǐng)域，從而有效提高能源利用效率，達(dá)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(chǎng)青睞，但是有機(jī)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(wú)機(jī)纖維隔熱材料具有耐高溫、耐火和耐化學(xué)腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，已成為隔熱領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ母魺岵牧?，但傳統(tǒng)無(wú)機(jī)纖維卻因脆性大、強(qiáng)度低、可加工變形性差而限制了其在隔熱市場(chǎng)的應(yīng)用。因此，研究和開(kāi)發(fā)一種具有優(yōu)異柔性和強(qiáng)度的無(wú)機(jī)纖維隔熱材料，并進(jìn)一步提高其隔熱性能，便具有十分重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(xì)化獲得良好柔性和較好的隔熱性能，并通過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(jìn)納米孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(qiáng)、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(diǎn)。
　　為了獲得柔

4、性好、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低的隔熱材料，本課題通過(guò)配置不同濃度的硅溶膠來(lái)獲得 SiO2氣凝膠納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?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(fù)載量對(duì)SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料形貌結(jié)構(gòu)、機(jī)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(fù)載量的增加，材料的拉伸斷裂強(qiáng)度

5、由最初的2MPa增大到6.5MPa，但是顆粒負(fù)載量過(guò)多造成材料柔性下降，無(wú)顆粒添加時(shí)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(fù)載量的增加呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，顆粒負(fù)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(dá)155°，具有超疏水性能。
　　對(duì)制備的柔性SiO2納米纖維/納米顆粒復(fù)合隔熱材料進(jìn)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