气凝胶隔热板的研制及其隔热性能研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong457
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隔热材料被广泛用于民用建筑、化工、军工业、家电制造等行业,随着节能环保要求的提高,国家大力倡导绿色发展。二氧化硅气凝胶是一种热导率极低的隔热材料,但在实际应用中存在力学性能弱的缺点。选用聚四氟乙烯这一聚合物,在高温下蠕变,能够与二氧化硅气凝胶复合。设计了基于湿法混合的二氧化硅气凝胶与聚四氟乙烯的合成工艺,并进行了对此优化,制备了性能优异的二氧化硅气凝胶隔热板。实验探究了二氧化硅气凝胶添加量、二氧化硅气凝胶粒径、加固材质—玻璃纤维添加量对二氧化硅气凝胶/聚四氟乙烯板结构与性能的影响。结果表明,对于含量在10-30 wt%的二氧化硅气凝胶的复合材料,随着二氧化硅气凝胶质量分数的增加,复合材料的密度呈线性下降。合成过程中,孔的形状没有改变,但孔径减小,这是由于聚四氟乙烯填充在二氧化硅气凝胶颗粒相对较大的孔隙中。二氧化硅气凝胶和聚四氟乙烯相互作用,在混合或加热过程中发生了化学反应,产生多种气体。复合材料的有效导热系数与气凝胶质量分数有关,可分为两个阶段,临界含量为18 wt%。三级均化理论可以很好地预测复合材料的有效导热系数。对于气凝胶添加量为18wt%,二氧化硅气凝胶目数为100目、150目、200目、300目的复合材料,当材料中二氧化硅气凝胶目数小于150目时,材料的密度、BET比表面积受二氧化硅气凝胶目数的影响越来越小,临界值为150目。在合成过程中孔的形状并未发生改变,在湿混合阶段,聚四氟乙烯填充入部分二氧化硅气凝胶孔隙中,当气凝胶孔隙越大(100目)时,聚四氟乙烯更易于填充。二氧化硅气凝胶粒对复合材料的热导率影响较小。但当二氧化硅气凝胶目数为150目时,二氧化硅气凝胶与聚四氟乙烯结合效果较差,残渣剩余量多。对于二氧化硅气凝胶添加量为18wt%,玻璃纤维添加量为0.5wt%-6wt%的玻璃纤维增强型气凝胶隔热板。随着玻璃纤维添加量的增加,材料的密度线性增加,比表面积增加。玻璃纤维并未填充气凝胶孔隙中,未破坏复合材料的原有结构。玻璃纤维、二氧化硅气凝胶、聚四氟乙烯之间发生了化学反应,且当玻璃纤维添加量小于3wt%时,热重分析显示反应较为完全,残渣剩余量相近。当玻璃纤维添加量增加到6wt%时,反应不充分,残渣剩余量明显增多。综上所述,二氧化硅气凝胶添加量、粒径及加固材质添加量是直接影响气凝胶隔热板结构与性能的因素。
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