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1、二氧化硅氣凝膠(SiO2 aerogels,SA)作為一種典型的納米多孔絕熱材料,已在保溫隔熱領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可,但其較差的力學(xué)性能嚴(yán)重阻礙了應(yīng)用推廣,提高SiO2氣凝膠的力學(xué)性能成為開(kāi)拓其眾多應(yīng)用的前提。當(dāng)前,主要的SiO2氣凝膠材料都具有疏水性,這有利于SiO2氣凝膠長(zhǎng)效地保持優(yōu)異性能。對(duì)于疏水性SiO2氣凝膠,表面改性引入的有機(jī)基團(tuán)是其疏水性的化學(xué)基礎(chǔ),同時(shí)也成為其可燃性的根源。目前,疏水性SiO2氣凝膠的潛在火災(zāi)危險(xiǎn)性并未得到正確
2、認(rèn)識(shí),且常被誤當(dāng)作不燃材料。為此,本文一方面致力于提高SiO2氣凝膠的力學(xué)性能,另一方面旨在揭示疏水性SiO2氣凝膠的可燃性,并尋求降低其燃燒性能的途徑。本文主要的研究?jī)?nèi)容包括以下四部分:
1.從SiO2氣凝膠自身角度出發(fā),以正硅酸四乙酯(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)為硅源,常壓下制備出共前驅(qū)體SiO2氣凝膠塊體,發(fā)現(xiàn)共前驅(qū)體SiO2氣凝膠的制備關(guān)鍵在于用氨水濃度調(diào)節(jié)不同前驅(qū)體的縮聚速率,揭示了氨水濃度對(duì)凝膠骨架微
3、觀結(jié)構(gòu)以及共前驅(qū)體氣凝膠性質(zhì)的影響規(guī)律,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)MTMS/TEOS共前驅(qū)體氣凝膠熱物性的調(diào)控。
2.為進(jìn)一步提高SiO2氣凝膠材料的力學(xué)性能,以芳綸纖維、芳綸漿粕為增強(qiáng)相制備纖維/SiO2氣凝膠復(fù)合材料,所得到的芳綸纖維/SiO2氣凝膠復(fù)合材料明顯提高了彈性和柔韌性,而芳綸漿粕/SiO2氣凝膠復(fù)合材料顯著提高了抗壓強(qiáng)度,為獲取高性能的纖維/SiO2氣凝膠復(fù)合材料提供了新思路。
3.首次較系統(tǒng)地研究了疏水性SiO2氣
4、凝膠的燃燒性能,結(jié)果表明:常壓干燥SiO2氣凝膠比超臨界干燥SiO2氣凝膠具有更小的表觀活化能,更大的火災(zāi)危險(xiǎn)性;當(dāng)輻射熱流強(qiáng)度超過(guò)25 kW/m2時(shí),二者均易發(fā)生閃燃,打破了疏水性SiO2氣凝膠為不燃材料的觀點(diǎn);指出表面改性引入的有機(jī)基團(tuán)是疏水性SiO2氣凝膠火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的根源,初步揭示了疏水性SiO2氣凝膠的燃燒機(jī)理。
4.在降低疏水性SiO2氣凝膠燃燒性能方面,以水玻璃(SS)為硅源、磷酸(PA)為催化劑,制備疏水性SiO2
5、氣凝膠(SS/PA),力爭(zhēng)減少SiO2氣凝膠中的可燃成分。研究結(jié)果表明:相較于TEOS為硅源、鹽酸(HA)為催化劑的SiO2氣凝膠(TEOS/HA),SS/PA在保持其它優(yōu)異性能的同時(shí),熱穩(wěn)定性明顯提高,火災(zāi)危險(xiǎn)性按TEOS/HA、SS/HA、SS/PA順序依次減小。在此基礎(chǔ)上,將Al(OH)3、Mg(OH)2分別摻雜引入SiO2氣凝膠,研究結(jié)果表明:摻雜SiO2氣凝膠的熱穩(wěn)定性顯著提高,且Mg(OH)2摻雜SiO2氣凝膠(MH/SA)
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