二氧化硅氣凝膠隔熱材料制備及其隔熱性能研究.pdf

1、消防服是使救火員遠(yuǎn)離火焰和熱輻射危害的個(gè)體防護(hù)裝備?，F(xiàn)有消防服僅僅通過增加重量及厚度來達(dá)到隔熱指標(biāo)要求，制約了消防員的活動(dòng)性從而影響工作效率。在擁有防水、隔熱、阻燃、透氣等傳統(tǒng)的優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，為了降低隔熱層厚度還需要高性能的隔熱材料，使新型消防服在滿足消防員的工效需求的同時(shí)使用更加方便高效。氣凝膠在固體材料中密度最小，具有極高的孔隙率。由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于固體，這使得在固體材料中氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)最低。經(jīng)改性后的氣凝膠不僅能承受高

2、強(qiáng)度，而且耐高溫，它的優(yōu)異特性決定其能夠作為超級(jí)隔熱材料應(yīng)用于服裝領(lǐng)域。消防服在投入使用前需經(jīng)過一系列隔熱及耐火性能指標(biāo)測(cè)試，利用改性后氣凝膠所具有的高強(qiáng)度、高韌性以及良好的隔熱特性就可以滿足消防服的性能要求。本文擬合成氣凝膠多孔隔熱材料，并通過改變改性劑使其性能更為優(yōu)異，利用制得的氣凝膠與增強(qiáng)纖維結(jié)合制備氣凝膠氈隔熱材料。
　　本文采用酸堿兩步溶膠-凝膠法原理，正硅酸乙酯(TEOS)為前驅(qū)體，經(jīng)過常壓干燥制備疏水性SiO2氣凝膠

3、。對(duì)氣凝膠進(jìn)行改性研究，獲得性能更優(yōu)的氣凝膠材料。對(duì)制得的樣品進(jìn)行密度和孔隙率、表面微觀形貌、比表面積及孔徑、疏水性、傅里葉紅外光譜以及熱穩(wěn)定性分析測(cè)試。結(jié)果表明，由三甲基氯硅烷(TMCS)改性得到的樣品性能更優(yōu):密度僅為0.115 g/cm3，孔隙率為94.77％，接觸角為158°，比表面積為1067m2/g，平均孔徑13.40nm，介孔分布更多，只有少量的微孔和大孔，是典型的介孔材料。
　　通過粘結(jié)劑（白乳膠）與表面活性劑(K

4、H-550)的作用對(duì)已制得的氣凝膠進(jìn)行定型和增強(qiáng)，并與經(jīng)過熱處理的增強(qiáng)纖維結(jié)合，常壓干燥制備出SiO2氣凝膠氈。改變?cè)鰪?qiáng)纖維的熱處理溫度、混合溶液中白乳膠含量以及氣凝膠含量，研究其對(duì)氣凝膠氈導(dǎo)熱系數(shù)的影響，從而得到最優(yōu)制備配方。結(jié)果表明，當(dāng)纖維表面的柔順劑等揮發(fā)完全后，溫度的升高使樣品導(dǎo)熱系數(shù)降低;隨著白乳膠含量的降低，樣品的導(dǎo)熱系數(shù)也會(huì)降低;當(dāng)氣凝膠含量在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，氣凝膠充分溶解在溶液中，最大限度的發(fā)揮其導(dǎo)熱系數(shù)低的優(yōu)點(diǎn)，得到

5、的樣品導(dǎo)熱系數(shù)更低。即當(dāng)熱處理溫度為500℃，白乳膠含量為3ml，氣凝膠含量為10g時(shí)，樣品導(dǎo)熱系數(shù)最低，為0.048W/m·K。
　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證樣品的隔熱性能，對(duì)制得的氣凝膠氈樣品在低輻射條件下進(jìn)行隔熱性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在輻射強(qiáng)度為10kW以及15kW的情況下，氣凝膠氈樣品上、下表面升溫速率較緩。由于下表面溫度并沒有達(dá)到吸收熱量極限，溫度會(huì)繼續(xù)上升，但趨于平緩;輻射強(qiáng)度在20kW時(shí)，上、下表面升溫速率迅速提升，各個(gè)樣品