文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123519
增强纤维对气凝胶隔热复合材料性能
的实验研究基金项目:国家自然科学基金(50906014);教育部科学技术研究重点项目(211130);广州市“羊城学者”科研项目(10A038G)
通讯作者:吴会军(1978-),男,博士,研究员,主要从事微纳米隔热材料、建筑节能方面的研究。
吴会军1,2,廖云丹1,丁云飞1,2,王沫然3
(1. 广州大学土木工程学院,广东广州 510006;
2. 广州大学广东省建筑节能与应用技术重点实验室,广东广州 510006;
3. 清华大学航空学院,广东广州,100084)
(Tel: **********;Email: ******@.cn)
摘要分别以玻璃纤维、涤纶纤维和静电纺聚偏氟乙烯微纳米纤维等三种纤维为增强体,采用溶胶-凝胶和常压干燥工艺制备出结构稳定的气凝胶隔热复合材料,研究了纤维种类、纤维尺寸及界面结构等纤维参数对气凝胶复合材料柔性、结构稳定性和导热系数等的影响,结果表明:加入三种增强纤维后均可获得整体性和结构稳定的气凝胶复合材料,抗压强度提高4~5倍;采用铺层结构的定向玻璃纤维或具有微纳米尺度的静电纺聚偏氟乙烯纤维增强气凝胶, W/(m·K);以微纳米尺度的静电纺聚偏氟乙烯增强气凝胶,可使复合材料具有更好的柔性、界面结合和结构完整性。
关键词:气凝胶;隔热材料;玻璃纤维;涤纶;静电纺丝
0 前言
气凝胶是一种由胶体粒子或高聚物分子相互交联构成的具有空间网络结构的轻质纳米多孔性固态材料,由于其高比表面积(500~1200m2/g)、高孔隙率(%)、纳米级孔洞(约20nm)等特殊微观结构[1],是目前隔热性能最好的超级隔热材料[2]。但气凝胶多孔骨架强度低、韧性差,力学结构不稳定,限制了气凝胶的实际应用[3]。因此,在维持气凝胶高隔热性能前提下,改善气凝胶力学性能成为促进气凝胶材料发展和应用的重要途径。
目前提高气凝胶力学性能的主要方式是复合材料增强法,包括聚合物交联法、纤维增强法和二次复合法等[4],其中,纤维增强法是保持气凝胶隔热复合材料低导热系数并提高其力学性能较为有效的方法[5-7]。张志华等[5]采用玻璃纤维增强了气凝胶,使气凝胶的弹性模量从12MPa上升到40MPa,但玻璃纤维刚性和脆性大,复合材料的整体性和柔性较低;Finlay 等[6]以大豆(直径约20μm)等天然聚合物纤维增强,制备出低密度、高强度的粘土气凝胶复合材料,发现以聚合物纤维作为增强相改善气凝胶力学性能尤其是柔性方面取得了显著效果
。Li[7]等首次将静电纺聚氨酯纤维纺进溶胶中,并凝胶形成一层薄薄的柔性气凝胶复合材料,发现该复合材料具有良好的柔韧性,在经过大量弯曲受力之后只有少量的细纹出现,而且这些细纹都被纳米纤维桥连着,不破坏复合材料的整体性。因此增强纤维对于气凝胶复合材料的柔性、结构稳定性和热物理性能等具有非常重要的影响。本文分别以玻璃纤维、涤纶纤维和静电纺聚偏氟乙烯微纳米纤维等三种纤维为增强体,制备结构稳定的气凝胶隔热复合材料,研究了纤维种类、纤维尺寸及界面、纤维结构等纤维参数对气凝胶复合材料柔性、结构稳定性和导热系数等的影响。
1 实验
试剂及材料
实验