SiO2氣凝膠充填非石墨化泡沫炭復合隔熱材料的研究.pdf

1、非石墨化泡沫炭以其低密度、優(yōu)異的熱性能、尺寸穩(wěn)定性好、良好的抗熱沖擊性、加工成型性好等優(yōu)點成為一種優(yōu)異的的隔熱材料，在熱材料、過濾器、電極材料、催化劑載體、航空航天等領域具有廣闊的應用前景。氣凝膠具有超低密度、超低熱導率的特性，是一種極具潛力的超級隔熱材料，但氣凝膠對紅外輻射完全“透明”，故不能直接作為隔熱材料，限制了其實際的工程應用。為此，本課題在非石墨化泡沫炭的內(nèi)部孔洞中充填SiO2氣凝膠，將兩種隔熱材料按照各自的特點復合，取長補短

2、，探索出一種性能更全面、更優(yōu)越、經(jīng)濟適用的復合型隔熱材料，這是隔熱材料發(fā)展的重要趨勢。
　　以有機聚合物為碳源，采用模板法制備泡沫炭能夠較好地控制產(chǎn)品泡沫炭的結(jié)構(gòu)和形貌，是近年來發(fā)展起來的一種新的泡沫炭制備方法。本研究利用糠醇作為碳源，聚氨酯泡沫作模板，高溫炭化制備非石墨化泡沫炭。制備的泡沫炭具有三維網(wǎng)狀開孔結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)規(guī)則，呈現(xiàn)五邊形十二面體形態(tài)，孔徑分布在500～600μm，具有極低的密度(0.02~0.04g/cm3)和極高

3、的孔隙率(95～98％)，采用正交試驗設計考察了模板種類、炭化終了溫度、保溫時間和浸漬量等因素對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的影響，得到在現(xiàn)有實驗條件下制備泡沫炭的最佳工藝參數(shù)。利用X射線衍射(XRD)和拉曼光譜(Raman)分析了泡沫炭的成分屬于非晶態(tài)的無定形碳結(jié)構(gòu)，其中的碳原子是以芳烴平面完全無規(guī)則的亂層結(jié)構(gòu)形式，隨著溫度的升高和保溫時間的延長泡沫炭的炭化程度升高，并從孔壁內(nèi)部生長出石墨狀微晶結(jié)構(gòu)，使碳結(jié)構(gòu)更趨規(guī)整。對樣品力學性能和隔熱性能進行測

4、試，結(jié)果表明壓縮破壞的斷裂機理為典型的脆性壓損。樣品具有良好的隔熱性能，在熱面溫度達到接近400℃時，30分鐘后冷面溫度仍然保持在80℃附近。
　　以正硅酸乙酯為硅源，蒸餾水為原料，乙醇為溶劑，鹽酸和氨水為催化劑，采用溶膠—凝膠工藝制備得到SiO2氣凝膠，并將制備得到的泡沫炭在溶膠階段浸漬復合，干燥得到SiO2填充非石墨化泡沫炭復合隔熱材料(SiO2/RVC)。利用傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)和XRD分析SiO2氣凝膠的物相組