發(fā)布時間：2020-08-27 16:51

【摘要】：隨著各行各業(yè)對新型氣凝膠材料綜合使用性能的要求越來越高,最初研究的二氧化硅體系氣凝膠已難以滿足高溫下的應(yīng)用需求。良好熱穩(wěn)定性的氧化鋁氣凝膠進入高溫隔熱領(lǐng)域,并得到快速發(fā)展,但氣凝膠自身力學(xué)性能的遠低于應(yīng)用要求。迫切需要一種耐高溫、質(zhì)量輕、力學(xué)性能優(yōu)異的高效保溫隔熱材料,為此,我們研究并制備出了纖維/氧化鋁氣凝膠和纖維/氧化鋁-氧化硅氣凝膠復(fù)合材料。以鋁溶膠和硅溶膠分別為鋁源和硅源,氨水作為催化劑,通過溶膠-凝膠和乙醇超臨界干燥過程得到氧化鋁氣凝膠和不同硅鋁含量的氧化鋁-氧化硅氣凝膠。通過SEM、XRD、FT-IR、TG-DTA和N2吸附-脫附分析等測試可知,經(jīng)過超臨界干燥的氧化鋁氣凝膠和氧化鋁-氧化硅氣凝膠均為多晶勃姆石相構(gòu)成,微觀上氧化鋁氣凝膠是纖維狀顆粒堆積的納米多孔結(jié)構(gòu)。氧化鋁氣凝膠經(jīng)過1200℃熱處理兩小時后納米多孔結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化,孔徑尺寸的變化程度小,且其比表面積仍有116.96m2/g,最初的勃姆石結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?A12O3結(jié)構(gòu)。硅的加入會阻礙氧化鋁氣凝膠的相轉(zhuǎn)變過程,氧化鋁-氧化硅氣凝膠(S1A4)在1200℃保溫兩小時后生成莫來石相和α-Al2O3,比表面積在1200℃下仍有135.17m2/g。硅鋁摩爾比為1:4的氧化鋁-氧化硅氣凝膠的耐溫性和熱穩(wěn)定性最好,1200℃保溫兩小時后線收縮最小,且未被燒結(jié)呈乳白色。以鋁溶膠和硅溶膠分別為鋁源和硅源,硅酸鋁纖維作為增強相。經(jīng)過溶膠-凝膠、復(fù)合工藝和乙醇超臨界干燥,制得具有良好成型度的纖維/氧化鋁氣凝膠和纖維/氧化鋁-氧化硅氣凝膠復(fù)合材料,該復(fù)合材料表面平整無裂紋,微觀上看出氣凝膠完全包裹纖維并填充在纖維間的空隙中。研究了乙醇含量、纖維含量、硅鋁含量等對纖維/氣凝膠復(fù)合材料制備及性能的影響,發(fā)現(xiàn)氣凝膠基體和硅鋁含量對纖維/氣凝膠的性能影響較小。隨著纖維含量從40wt%增大至55wt%,纖維/氧化鋁氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)(室溫下)從0.0415 W/mK增大到0.0537 W/mK;其力學(xué)性能先增大后減小,纖維含量為50 wt%時最好,其抗彎強度、彈性模量分別為0.659MPa、1.081MPa。隨著纖維含量從40wt%增大至55wt%,纖維/氧化鋁-氧化硅氣凝膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)(室溫下)從0.0403 W/mK增大到0.0545 W/mK;而其力學(xué)性能同樣是先增大后減小,當硅鋁摩爾比為1:4、纖維含量為50wt%時達到最好,抗彎強度和彈性模量分別為0.755MPa和1.153MPa,其力學(xué)性能稍好于纖維/氧化鋁氣凝膠材料。熱處理(保溫兩小時)溫度從400℃增加至1200℃,兩種纖維/氣凝膠復(fù)合材料都從最初的勃姆石逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?A12O3,最后轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎嗪挺?A12O3。在1200℃溫度下,纖維含量為50wt%、硅鋁摩爾比為1:4的纖維/氧化鋁-氧化硅氣凝膠的體積收縮最小,其耐溫性和熱穩(wěn)定性最好,但在1300℃下發(fā)生明顯變形而失效。通過耐火纖維與氣凝膠的復(fù)合,不僅可以提高氣凝膠的力學(xué)性能,而且纖維和氣凝膠的耐溫性和熱穩(wěn)定性也會得到一定程度的改善。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332
【圖文】：

逡逑氣凝膠的種類眾多，其分類如圖１．１所示，按成分組成上可分為兩種：有機逡逑氣凝膠和無機氣凝膠［３４］。有機氣凝膠包括有間苯二酚－甲醛（ＲＦ）氣凝膠［４５］、三逡逑聚氰胺－甲醛（ＭＦ）氣凝膠［４６］、聚酰亞胺氣凝膠［４７］、殼聚糖氣凝膠［４８］、纖維素氣逡逑凝膠［４９］等，但受有機材料自身耐溫性低的限制，有機氣凝膠使用溫度不會超過逡逑３００°Ｃ。無機氣凝膠按組成元素可分為氧化物氣凝膠和非氧化物氣凝膠，非氧化逡逑物氣凝膠主要為碳氣凝膠，碳在真空或惰性氣氛環(huán)境下可以耐較高的溫度，但在逡逑空氣環(huán)境下，高于３５０°Ｃ溫度便會發(fā)生氧化甚至燃燒，其耐溫性能急劇下降［５（）］。逡逑無機氧化物氣凝膠包括氧化硅氣凝膠［５１］、氧化鋁氣凝膠［５２］、氧化鋯氣凝膠［５３］、氧逡逑化鈦氣凝膠［５４］等。逡逑氣凝膠逡逑ｖ逡逑邐邋■邋邐逡逑（邐Ｎ邐／邐邐Ｎ逡逑有機氣凝膠邐無機氣凝膠逡逑１邋Ｉ邋＼邐■邋Ｌ邋丨邋Ｊ邋■逡逑Ｉ邐ｉ邐ｌ邐ｉ逡逑（邐邐Ｎ邋（邐邐Ｎ邋／邐邐＼邐（邐邐＼逡逑間苯二酚－甲醛邐三聚氰胺？甲醛邐非氧化物氣凝逡逑（ＲＦ）氣凝膠邐（ＭＦ）氣凝膠邐膠逡逑‘邐，邐Ｊ邋Ｖ－邐？邐Ｊ邋Ｖ邐Ｖ逡逑，邋Ｉ邋＇邐，＿：：＿ｉ邐ｉ邋＇逡逑ｒ邐ｗ邐＾邐／＊邐／■邐ｒ邐ａ逡逑Ｓ３００‘Ｃ

２．２．邋２工藝路線逡逑為了得到耐高溫、高強度、低密度的纖維／氧化鋁氣凝膠基復(fù)合材料，我們按逡逑照圖２．２所示的工藝路線制備Ａｌ２0３氣凝膠、Ａｌ２0３－Ｓｉ０２氣凝膠、纖維／Ａｂ0３氣逡逑凝膠和纖維／Ａｌ２0３－Ｓｉ0２氣凝膠復(fù)合材料，并對得到的氣凝膠及其復(fù)合材料進行微逡逑觀結(jié)構(gòu)分析、成分組成分析、力學(xué)性能分析、熱穩(wěn)定性和隔熱性能等分析研宄。逡逑ｒ邐ａ邐ａ逡逑鋁溶膠邐硅溶膠逡逑Ｖ邐－Ｊ邐Ｖ邐Ｖ逡逑！邋邐均勻混合邐逡逑／■邐ａ邐ｒ邐廣邋１邐■逡逑Ａ１２０３溶膠邐纖維邐Ａｌ２０ｒＳｉ０２溶膠逡逑ＮＨ，．Ｈ，０、邐Ｉ邋ｆ邐分散搜拌邐Ｉ邋Ｉ邐分0搜拌邐｜邋｜，邐ｌ￣ＮＨＵ．ＲＯ、逡逑ＥｔＯＨ、Ｈ２０邐＂邐ＥｔＯＨ、Ｈ２０逡逑／邋＾邋＼邋／邋＼邋／邋＾邋＼邋＼逡逑Ａ１Ａ凝膠邐纖維／Ａ１２０３凝膠邐纖維Ａｌ２０３－Ｓｉ０２凝膠逡逑－／邋Ｖ邐－／邐、邐■邐Ｊ邐ｊ逡逑老化，超臨界干燥邐老化，超臨界干燥邐老化，超臨界干燥逡逑—二凝膠邐丨纖１—５凝］‘氣凝＾逡逑ｖ邐－／邋Ｖ邐－／邋Ｖ邐－／邋Ｖ逡逑ｒ邐ａ邋ｒ邐＞邋，邐１邐、

邐纖維混合凝膠邐纖維／氣凝膠逡逑圖２．１纖維／氣凝膠復(fù)合材料制備示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｐｒｅｐａｒｉｎｇ邋ｆｉｂｅｒｓ／ａｅｒｏｇｅｌｓ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ逡逑２．２．邋２工藝路線逡逑為了得到耐高溫、高強度、低密度的纖維／氧化鋁氣凝膠基復(fù)合材料，我們按逡逑照圖２．２所示的工藝路線制備Ａｌ２0３氣凝膠、Ａｌ２0３－Ｓｉ０２氣凝膠、纖維／Ａｂ0３氣逡逑凝膠和纖維／Ａｌ２0３－Ｓｉ0２氣凝膠復(fù)合材料，并對得到的氣凝膠及其復(fù)合材料進行微逡逑觀結(jié)構(gòu)分析、成分組成分析、力學(xué)性能分析、熱穩(wěn)定性和隔熱性能等分析研宄。逡逑ｒ邐ａ邐ａ逡逑鋁溶膠邐硅溶膠逡逑Ｖ邐－Ｊ邐Ｖ邐Ｖ逡逑！邋邐均勻混合邐逡逑／■邐ａ邐ｒ邐廣邋１邐■逡逑Ａ１２０３溶膠邐纖維邐Ａｌ２０ｒＳｉ０２溶膠逡逑ＮＨ，．Ｈ，０、邐Ｉ邋ｆ邐分散搜拌邐Ｉ邋Ｉ邐分0搜拌邐｜邋｜，邐ｌ￣ＮＨＵ．ＲＯ、逡逑ＥｔＯＨ、Ｈ２０邐＂邐ＥｔＯＨ、Ｈ２０逡逑／邋＾邋＼邋／邋＼邋／邋＾邋＼邋＼逡逑Ａ１Ａ凝膠邐纖維／Ａ１２０３凝膠邐纖維Ａｌ２０３－Ｓｉ０２凝膠逡逑－／邋Ｖ邐－／邐、邐■邐Ｊ邐ｊ逡逑老化，超臨界干燥邐老化，超臨界干燥邐老化，超臨界干燥逡逑—二凝膠邐丨纖１—５凝］‘氣凝＾逡逑ｖ邐－／邋Ｖ邐－／邋Ｖ邐－／邋Ｖ逡逑ｒ邐ａ邋ｒ邐＞邋

【參考文獻】

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本文編號：2806363