SiO2氣凝膠的常壓制備及在保溫材料中的應(yīng)用.pdf

1、SiOSiO2氣凝膠的氣凝膠的常壓常壓制備及制備及在保溫材料中的應(yīng)用在保溫材料中的應(yīng)用Thehepreparationpreparationofofsilicasilicaaerogelaerogelunderunderatmosphericpressureatmosphericpressureitsapplicationitsapplicationinthermalinsulationmaterialinthermalinsulati

2、onmaterials學(xué)科專業(yè)：材料工程研究生：徐志強(qiáng)指導(dǎo)教師：許鑫華教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一三年十一月摘要SiO2氣凝膠是目前已知的世界上最輕的固體納米多孔材料之一，具有連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它具有許多特殊的性質(zhì)，如超低導(dǎo)熱系數(shù)，高比表面積，低密度等。國(guó)內(nèi)外對(duì)于納米二氧化硅的制備多采用高純度的醇鹽（如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯等）作為硅源，采用超臨界干燥的工藝來(lái)制備SiO2氣凝膠。這種制備工藝過(guò)程復(fù)雜，耗能費(fèi)時(shí)，成本昂貴，且原料

3、有一定的毒性，這些問(wèn)題都大大限制了二氧化硅氣凝膠的廣泛實(shí)際應(yīng)用。本文研究了一種低成本制備SiO2氣凝膠的技術(shù)，采用廉價(jià)水玻璃作為硅源和常壓干燥制備氣凝膠。通過(guò)溶膠凝膠得到濕凝膠，經(jīng)過(guò)陳化和醇類的溶劑交換后，采用硅烷處理劑（TMCS）正己烷混合溶液為改性劑，在常壓干燥的條件下制備SiO2氣凝膠，通過(guò)FTIR、熱失重分析、XRD、掃描電鏡、透射電鏡、密度、BET測(cè)試等表征手段詳細(xì)研究了不同水玻璃稀釋度、pH值、干燥溫度等對(duì)溶膠凝膠過(guò)程和最終

4、得到的氣凝膠性能的影響，并重點(diǎn)研究了不同添加量的TMCS對(duì)于二氧化硅氣凝膠性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水玻璃的硅水重量比為0.08、在pH為5的條件下溶膠凝膠經(jīng)過(guò)離子交換和老化處理后，在硅烷處理劑添加量為n(TMCS):n(Si)=1下進(jìn)行表面修飾，并在60℃下常壓干燥得到的二氧化硅氣凝膠的密度最低、孔隙率最高、性能最好。將二氧化硅氣凝膠與纖維氈進(jìn)行復(fù)合，制備復(fù)合材料并研究不同制備工藝對(duì)所制備的復(fù)合材料性能的影響。制備出了具有較好強(qiáng)度的

5、氣凝膠纖維復(fù)合保溫板。該復(fù)合板成本較低，強(qiáng)度較高，最大抗折強(qiáng)度可達(dá)1.5MPa，可滿足外墻保溫板的施工要求，導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.036W(mK)，而且具有超強(qiáng)的疏水性能，接觸角可達(dá)150度。防火性能優(yōu)異，在高溫火焰灼燒下不燃燒不變形，完全符合公安部關(guān)于保溫材料的A級(jí)防火要求。本文中還引入了ANSYS軟件對(duì)氣凝膠復(fù)合板的導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，這為通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)控制實(shí)際生產(chǎn)工藝提供了可行性依據(jù)。關(guān)鍵詞：SiO2氣凝膠；水玻璃；常壓干燥；復(fù)