玻璃纖維增韌SiO2氣凝膠隔熱材料制備研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)的加劇，節(jié)能減排已成為我國(guó)一項(xiàng)非常重要的發(fā)展戰(zhàn)略。眾多能耗中，建筑能耗和工業(yè)能耗在國(guó)家總能耗中占有很大比例。因此，大量隔熱材料被用于外墻保溫和管道隔熱。目前市場(chǎng)上，無(wú)機(jī)隔熱材料由于導(dǎo)熱系數(shù)高，密度大，疏水性能差等問(wèn)題導(dǎo)致其應(yīng)用范圍較小，而有機(jī)隔熱材料雖然占有較大市場(chǎng)，但其易老化和火災(zāi)危險(xiǎn)性的缺點(diǎn)也引起了人們的關(guān)注。SiO2氣凝膠是一種具有優(yōu)異隔熱性能和極高孔隙率的非晶固體，常溫常壓下其導(dǎo)熱系數(shù)低于空氣。然而，SiO2氣凝膠機(jī)

2、由于械強(qiáng)度低、制備成本高等問(wèn)題，在隔熱材料領(lǐng)域沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。本文以玻璃纖維作為增強(qiáng)體，分別利用水玻璃和正硅酸四乙酯(TEOS)為硅源，制備低導(dǎo)熱、低成本、高機(jī)械性能的疏水SiO2氣凝膠隔熱材料，可應(yīng)用于建筑、工業(yè)等領(lǐng)域。本文的研究工作主要有:
　　以TEOS為硅源，玻璃纖維薄層為增強(qiáng)相，采用溶膠-凝膠法，在常壓干燥條件下制備SiO2氣凝膠隔熱材料。研究了前驅(qū)體液中硅濃度的變化對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、孔隙率、疏水性能及燃燒性能的

3、影響。綜合考慮，在實(shí)驗(yàn)最佳工藝條件下，材料輕質(zhì)疏水且不掉粉，密度最小為0.142 g/cm3，疏水角為168°，抗壓強(qiáng)度為0.112 MPa(35％形變)，導(dǎo)熱系數(shù)低達(dá)0.0228 W/(m·K)。
　　以水玻璃為硅源，玻璃纖維針刺氈為增強(qiáng)相，分別采用一步凝膠法和兩步凝膠法，在常壓干燥條件下制備疏水隔熱材料，研究溶膠中水硅摩爾比對(duì)材料的密度、孔隙率、導(dǎo)熱系數(shù)和疏水性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩步凝膠法制備的隔熱材料密度較小，最優(yōu)水硅比時(shí)，

4、材料密度為0.166 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0236W/(m·K);一步凝膠法最優(yōu)水硅比時(shí)制備的隔熱材料密度為0.188 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0238W/(m·K)。從時(shí)間成本及制備工藝方面考慮，一步凝膠法制備過(guò)程較加簡(jiǎn)潔方便，制備成本較低;從力學(xué)性能考慮，一步凝膠法制備的隔熱材料抗壓性能好，材料不易變形，最大抗壓強(qiáng)度為0.401 MPa(35％形變)，滿足建筑外墻保溫材料力學(xué)性能的要求。兩步凝膠法制備的隔熱材料柔韌性好，其最

5、小抗彎模量為1.852 MPa，材料可任意角度彎曲不被破壞，適合作為隔熱氈墊用于工業(yè)管道保溫。
　　用錐形量熱儀對(duì)隔熱材料進(jìn)行測(cè)試，模擬材料在火災(zāi)中的燃燒行為。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在35kW/m2的低熱輻射強(qiáng)度下，不同硅濃度制備的隔熱材料的pHRR(PeakHeat Release Rate)和THR(Total Heat Release)值變化不大，而在60 kW/m2高輻射強(qiáng)度下，HRR曲線出現(xiàn)不同的峰值。從火災(zāi)安全性考慮，以水玻璃為硅