增韌疏水性二氧化硅氣凝膠制備及燃燒性能研究.pdf

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氣凝膠長效地保持優(yōu)異性能。對于疏水性SiO2氣凝膠，表面改性引入的有機基團是其疏水性的化學(xué)基礎(chǔ)，同時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)危險性并未得到正確

2、認識，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。本文主要的研究內(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，并實現(xiàn)了對MTMS/TEOS共前驅(qū)體氣凝膠熱物性的調(diào)控。
　　2.為進一步提高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)危險性;當(dāng)輻射熱流強度超過25 kW/m2時，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;指出表面改性引入的有機基團是疏水性SiO2氣凝膠火災(zāi)風(fēng)險的根源，初步揭示了疏水性SiO2氣凝膠的燃燒機理。
　　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，熱穩(wěn)定性明顯提高，火災(zāi)危險性按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)