硅氣凝膠摻雜TiO2與硅酸鋁纖維氈復(fù)合制備工藝研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,在一些特殊領(lǐng)域傳統(tǒng)的絕熱材料已無(wú)法滿足高要求的高溫絕熱性能及新的節(jié)能減排要求。SiO2氣凝膠是一種具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高效絕熱材料,密度為0.003~0.5g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)小于0.02W/(mK),孔隙率高達(dá)80％~99%,在常溫下是非常優(yōu)秀的絕熱性能。但是純硅氣凝膠對(duì)于2~8μm的紅外輻射具有穿透性,且其本身機(jī)械性能差,因此不能單獨(dú)作為高溫絕熱材料使用。通過(guò)摻雜TiO2和硅酸鋁纖維,有效地降低了紅外透過(guò)率,并

2、且提高了機(jī)械強(qiáng)度,有望成為一種高效輕質(zhì)高溫絕熱材料。
　　本論文采用廉價(jià)的水玻璃為硅源,結(jié)合SiO2氣凝膠的溶膠凝膠制備工藝,通過(guò)摻雜TiO2有效地降低了紅外透過(guò)率。具體研究了TiO2的添加量及添加工藝,pH值對(duì)整個(gè)制備工藝的影響,硅烷偶聯(lián)劑對(duì)TiO2分散工藝的改進(jìn),結(jié)果表明TiO2經(jīng)過(guò)超聲分散后被均勻分散到溶膠溶液當(dāng)中,分散時(shí)間和分散頻率的控制對(duì)SiO2氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)及TiO2的分散程度非常重要,確定200kHz分散1min為最

3、佳分散工藝;TiO2的摻入對(duì)SiO2氣凝膠的密度影響較大,摻量過(guò)小又起不到阻擋紅外輻射的作用,根據(jù)紅外透過(guò)率曲線發(fā)現(xiàn)摻量為5%與8%的很接近,但密度卻小很多,因此最終摻量5%;pH值可以控制溶膠的水解和縮聚速率,對(duì)孔結(jié)構(gòu)的形成極為重要,實(shí)驗(yàn)研究了TiO2引入對(duì)pH值的影響,發(fā)現(xiàn)TiO2對(duì)溶膠的pH值影響不大;硅烷偶聯(lián)劑由于既含有疏水基團(tuán),又含有親水基團(tuán),它可以起到連接有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料的作用,通過(guò)用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)TiO2經(jīng)行表面改性,可以

4、提高TiO2的分散性,減少團(tuán)聚,同時(shí)硅烷偶聯(lián)劑還有誘導(dǎo)SiO2納米粒子定向生長(zhǎng)的作用,達(dá)到控制孔結(jié)構(gòu)的作用,通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑含量為70w%時(shí)比表面積為497.23m2/g,累積孔體積1.8993ml/g,平均孔直徑37.51nm,累計(jì)孔面積399.62m2/g,孔結(jié)構(gòu)為介孔。
　　由于硅酸鋁纖維略顯堿性,引入溶膠后會(huì)升高溶膠的pH值,因此在引入前溶膠溶液的pH值應(yīng)該保持一個(gè)較低的值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)引入硅酸鋁纖維前溶膠的pH應(yīng)值在

5、4.5左右為宜;在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),纖維氈厚度對(duì)制備過(guò)程的影響較大,而纖維氈的厚度影響到老化、交換、修飾等工藝的進(jìn)行,控制氈的厚度可以達(dá)到控制后續(xù)工藝的目的,通過(guò)纖維氈厚度實(shí)驗(yàn)可以看出,隨著厚度的增加密度會(huì)出現(xiàn)增大的趨勢(shì),并伴隨著黃塊的出現(xiàn),當(dāng)厚度超過(guò)1cm時(shí)密度開始急劇上升,最終選擇1cm為硅酸鋁纖維氈厚度的最大上線;通過(guò)老化工藝的調(diào)整,掌握了老化時(shí)間的影響,老化時(shí)間不足會(huì)造成孔結(jié)構(gòu)的塌陷,不利于形成低密度的氣凝膠,老化時(shí)間長(zhǎng)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)周期且