莫来石纤维与二氧化硅气凝胶对防火涂料性能的影响

[目的]通过改善膨胀炭层的强度来提高涂料的耐火性能。[方法]以环氧树脂乳液为成膜物质,聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)和双季戊四醇(DPER)为膨胀阻燃体系,二氧化钛为阻燃协效剂,制备出一种水性超薄膨胀型防火涂料。考察了二氧化硅气凝胶(Sa)与莫来石纤维(Mf)的添加对涂料防火性能的影响。采用小板燃烧法对涂层进行测试,并用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对燃烧后的炭化层进行表征与分析。[结果]添加了Sa和Mf的涂层(记为C-Sa-Mf)经耐火测试后,炭层的膨胀倍率为3.0,钢板背部的最高温度仅为337.8℃。相比于添加单一Sa或Mf的涂层,C-Sa-Mf涂层具有更加致密均匀的“蜂巢”状结构,表现出更加优异的阻燃隔热性能。在火焰的灼烧下,C-Sa-Mf涂层并未生成新的结晶相,也证实了Sa与Mf具有优异的热稳定性及耐高温性。[结论]Sa、Mf的加入使涂层中产生致密均匀的交联网状结构,使炭层的强度提高,从而阻止了炭层进一步分解,提高了涂料的耐火性能。

多孔二氧化硅微球复合硅基气凝胶的制备及性能研究

本文利用纳米多孔二氧化硅微球复合优化了有机硅源气凝胶的结构与性能,在一定程度上改善了有机硅气凝胶孔隙尺寸大,隔热性能较差的问题。实验结果表明:二氧化硅微球的引入,细化了气凝胶二次粒子的尺寸,气凝胶骨架由珍珠链状结构转变为紧密堆叠结构,骨架连接强度得到显著增强。得益于这种转变,复合气凝胶表现出优异的力学性能,当压缩应变为80%时,其应力从81.5 kPa增大到175.1 kPa。与此同时,复合气凝胶隔热性能也进一步提升,导热系数从0.0469 Wm^(-1)·K^(-1)下降到了0.0408 Wm^(-1)·K^(-1)。

硅烷-二氧化硅气凝胶颗粒不同复配比例浸渍处理对增强杨木阻燃性能的影响

以γ-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷水解液(GPS)、二氧化硅气凝胶(SA)为改性剂原料,在质量分数为30%的GPS水解液中,加入占GPS质量2%、4%、6%、8%、10%的SA颗粒,制备复合改性的浸渍液;以杨木(Populus adenopoda)木材为试材,采用对木材试件进行真空加压浸渍处理方法,使用不同配比的复合改性的浸渍液浸渍处理木材试件制备5种复合改性浸渍液的改性木材、使用GPS水解液浸渍处理木材试件制备GPS改性木材、使用占GPS质量6%的SA水溶液浸渍处理木材试件制备SA改性木材;按照相关标准和试验方案,测定改性材的质量增加率、浸渍液流失率、微观形貌、隔热性能、表面接触角、硅元素化学组分构成、热稳定性、燃烧性能,分析硅烷-二氧化硅气凝胶颗粒不同复配比例浸渍处理杨木对增强杨木阻燃性能的影响。结果表明,GPS-SA复合改性有效改善了木材的疏水性,与单纯使用SA颗粒处理木材相比较,GPS-SA复合改性组水洗10 d后浸渍液流失率最高可降低了42%。扫描电镜分析结果表明,GPS主要在木材细胞腔中自聚形成大分子聚合物,而SA颗粒则主要附着于木材的导管上,且随着SA颗粒质量比例提高,SA颗粒团聚现象增加。GPS-SA复合改性后,木材的密度比未处理木材提高38%,而密度变大会导致热导率升高,但“GPS+占GPS质量6%的SA”组的热导率仍比未处理木材降低6%,且面积热容比未处理木材提高59%。热质量分析结果表明,GPS-SA处理,提高了木材的热解温度和剩余物质量。锥形量热仪分析结果表明,“GPS+占GPS质量6%的SA”处理木材比未处理木材的点燃时间滞后28s、热释放速率峰值下降44.5%、热释放总量下降47.8%、烟释放速率峰值降低29.4%、烟释放总量减少39.1%,处理材的CO、CO_(2)产量也明显比未处理材少。综合研究结果,GPS-SA复合处理能有效改善木材阻燃性能,并且制备方法简洁环保。

改性二氧化硅气凝胶材料的研究进展

二氧化硅气凝胶因其轻量化和良好的隔热性能备受航天航空、交通、建筑等领域的关注。但二氧化硅气凝胶较低的固含量及松散的骨架结构使得材料本身的强度较低,成为其在众多领域应用受限的主要因素之一。除此之外,二氧化硅气凝胶长期使用温度限制在600~800℃以下,在更高温度下热辐射传热会对隔热性能产生明显的影响。依据国内外研究现状,分别在力学性能和热学性能两方面综述了二氧化硅气凝胶材料的改性方法及效果,以期为后续制备具有更高强度且隔热性能优异的二氧化硅气凝胶复合材料提供新思路。

二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的专利分析

气凝胶为多功能新型材料,其中二氧化硅基气凝胶是研究最广泛的气凝胶材料,2004年首次在中国产业化,至今被广泛应用于电子、建筑、隔热、航空航天、能源等领域中。但与国外相比,中国高端产品较少,原始创新略显不足。因此,本文梳理了近20年全球二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的相关专利,从专利的视角挖掘近20年的研究热点。从市场流向和重点申请人的维度分析当前的市场竞争格局,指出以美、德、日为代表的发达国家,通过全球专利布局在一定程度上实现了对市场较大力度的控制,处于领先地位。重点从技术热点及技术路线的角度分析二氧化硅基气凝胶及其制备技术的研究热点:目前,气凝胶颗粒、前体的改进和纤维增强是近年来该领域的研究重点,各国对金属氧化物复合材料和透明储能材料的关注度较高。并且通过梳理中国的转移转化专利的技术特点,帮助企业在寻求技术合作时精准找到合作对象。最后总结了技术创新中中国企业需重点关注的研究方向,为未来的技术研发提供指引。

二氧化硅气凝胶原位填充聚酰亚胺泡沫的结构及隔热性能研究

以超轻质开孔柔性聚酰亚胺泡沫为基体,采用溶胶凝胶工艺制备了一系列二氧化硅气凝胶原位填充的聚酰亚胺复合泡沫。复合泡沫密度10~100 kg/m^(3)可调,厚度1~400 mm可调,最大宏观尺寸可达1m×1m。对其泡孔结构、隔热性能、热性能进行了系统表征,分析了二氧化硅气凝胶原位填充聚酰亚胺泡沫的隔热机理。结果表明:二氧化硅气凝胶的引入,可有效降低复合泡沫室温热导率,提高其隔热性能;随着二氧化硅气凝胶含量的增加,聚酰亚胺复合泡沫的热导率由38.8 mW/(m·K)降低至19.6 mW/(m·K);热端温度300℃时,复合泡沫热导率仅为61.1 mW/(m·K);填充二氧化硅气凝胶后,聚酰亚胺复合泡沫热稳定性大大提高,在900℃下热失重残留量约为80%。

二氧化硅气凝胶的研究进展

二氧化硅气凝胶是一种具有高孔隙率、低密度以及低热导率等特性的纳米多孔材料,在保温隔热、环境净化以及生命医学等领域应用广泛。文章对比分析了不同硅源基气凝胶的性能差异,以及改善二氧化硅力学性能的方法,如纤维和聚合物增强二氧化硅气凝胶以及制备柔性二氧化硅气凝胶,介绍了其在不同领域中的应用,并对其未来的发展趋势进行了展望。

氧化石墨烯掺杂二氧化硅气凝胶的特性研究

为满足高温防护需求,快速制备高强度、低导热系数的气凝胶成为一项重要的科学挑战。采用超临界干燥法,成功通过掺杂氧化石墨烯(GO)的方式,改善了二氧化硅气凝胶的性能。通过电子显微镜观察发现,GO均匀地镶嵌在气凝胶基体中,形成了有效的支撑骨架,显著增强了气凝胶的强度。傅立叶变换红外光谱分析表明,GO与二氧化硅气凝胶之间仅存在物理结合,并未形成明显的化学键。通过氮吸附/解吸测量发现,GO/SiO_(2)气凝胶的比表面积和孔径可以通过调整GO的用量进行可控调节。实验结果显示,当GO含量为质量分数0.5%,1%和2%时,GO/SiO_(2)气凝胶的比表面积分别为895,1294和997 m^(2)/g,与未掺杂的SiO_(2)气凝胶(852 m^(2)/g)相比有所增加。由于GO的加入,GO/SiO_(2)气凝胶的密度(0.07 g/cm^(3))略高于纯SiO_(2)气凝胶(0.06 g/cm^(3)),为其提供了更高的强度和承载能力。此外,GO/SiO_(2)气凝胶的导热系数为0.0176~0.0204 W/(m·K),低于纯SiO_(2)气凝胶(0.0221 W/(m·K))。该研究为SiO_(2)气凝胶在实际应用中的推广和应用提供了新思路。

二氧化硅气凝胶微观结构调控的研究进展

二氧化硅气凝胶是目前已知的导热率最低、质量最轻的多孔固体材料,在保温隔热、建筑节能、航天航空等多个领域具有广泛的应用前景,是符合国家“双碳”目标的绿色材料。在实际工业生产中,为应对市场的不同需求,就需要制备出不同性能的气凝胶材料,而气凝胶所具有的纳米级多孔结构会直接影响着其性能的优劣,构成其结构的颗粒粒径和孔隙大小会直接造成其导热系数、比表面积、孔隙率等性能的差异。文章介绍了目前常见二氧化硅气凝胶结构调控的方法和研究进展,并对未来气凝胶结构调控在工业生产中的应用发展作了展望。

二氧化硅气凝胶的低成本制备研究进展

气凝胶材料具有低密度、低导热系数和高孔隙率等特点,在建筑、能源等领域具有广泛的应用前景。然而,传统的气凝胶制备方法通常需要复杂的工艺和昂贵的原料,严重限制了气凝胶材料的规模化生产和商业化应用。因此,研究人员开始关注低成本制备气凝胶材料的方法。本文综述了近年来在低成本制备二氧化硅气凝胶材料方面的研究进展,包括硅源的选择、干燥方法等。希望通过本文的介绍,能够为气凝胶材料的低成本制备提供一定的参考和指导。

二氧化硅气凝胶的制备及性质研究

高度交联多孔网状二氧化硅气凝胶材料拥有高比表面积、高孔隙率、低密度等优点在航空航天、军事应用、节能建筑等方面有着广泛的应用。研究以正硅酸四甲酯为硅源,通过制备过程中水含量的控制来获得四种前驱体,在常压下采用一步合成法成功制备二氧化硅气凝胶。该方法具有工艺时间短、溶剂使用量少、能耗低等特点。采取红外光谱分析、热重分析、X射线衍射分析和接触角的测量对实验室制备的二氧化硅气凝胶进行性质表征,发现其具有良好的热稳定性和疏水性。

海泡石纤维增强二氧化硅气凝胶的制备及性能

溶胶-凝胶法常压制备二氧化硅(SiO_(2))气凝胶的产率与性能不足问题限制了其工业化规模应用。本工作以海泡石纳米纤维作为增强体,正硅酸四乙酯作为硅源前驱体,三甲基氯硅烷作为改性剂,采用溶胶-凝胶法、常压干燥制备了海泡石纤维/二氧化硅气凝胶块体材料,测试了力学性能、热性能、火安全性等,并进行了孔隙结构、红外光谱与微观形貌的分析表征。海泡石的纤维骨架可抑制气凝胶块体收缩开裂;纤维在溶胶形成阶段具有异相形核作用,使颗粒细化并提高气凝胶的比表面积,改变孔隙结构;纤维的引入提高了气凝胶的力学性能、高温与烧蚀稳定性和火安全性,降低了导热系数。块体海泡石纤维/二氧化硅气凝胶导热系数可达0.0128 W/(m·K),抗压强度最高为1.20 MPa,阻燃均为V-0级,1300℃烧蚀后形状保持稳定,综合性能优异。

不同方法制备二氧化硅气凝胶及其热稳定性能

为探究二氧化硅气凝胶的制备工艺及热稳定性能,在常温常压条件下,采用3种不同方法制备了二氧化硅气凝胶(气凝胶a、b、c),优选二氧化硅气凝胶的制备工艺,并对其进行红外光谱表征、粒径分析及热稳定性能测试。结果表明,3组二氧化硅气凝胶差异较小,气凝胶b的粒径分布均匀,平均粒径较小,其数值为32.34μm;3组气凝胶的质量损失都在较小范围内,气凝胶b的热稳定性较好,最大剩余质量分数为15.57%。综合考虑制备工艺、性能和原料成本,制备方案B较佳。

正硅酸四乙酯制备二氧化硅气凝胶及其性质研究

多孔网状纳米材料二氧化硅气凝胶具有密度低、比表面积大等特点,在隔热保温材料、吸附剂、催化剂载体等方面有着广泛的应用。本研究以正硅酸四乙酯为硅源通过控制水量来制备四种前驱体,不同的前驱体在相同的制备条件下一步合成二氧化硅气凝胶。该方法具有工艺时间短、溶剂使用量少、能耗低等特点。采用红外光谱、热重分析、X射线衍射和接触角测量对制备的二氧化硅气凝胶进行性质表征。结果表明不同水量制备的疏水性无定型二氧化硅气凝胶热稳定性存在差异性,适宜的水量有助于气凝胶热稳定性的提高。

二氧化硅气凝胶保温隔热特性研究

二氧化硅气凝胶由于其优异的保温隔热性能和轻质特性,在近年来受到了广泛关注。其独特的三维多孔结构使其在热传导、声传导和电导等方面表现出色,展示出了良好的应用潜力,被广泛用于在建筑、航空航天、汽车和电子设备等多个领域。并且,二氧化硅气凝胶通过溶胶-凝胶法制备,具有优异的隔热性能和机械强度,除了作为保温隔热材料外,气凝胶在催化、药物传递和环境修复等领域也显示出广阔的应用前景。基于此,文章简要分析了二氧化硅气凝胶的特点和制备方法,并提出了二氧化硅气凝胶力学性能的增强方法,以及其在保温隔热领域的实践应用。

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用

介绍了二氧化硅(SiO2)气凝胶的结构特点及隔热性能;对二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法及其应用前景进行总结并作了适当的评述;探讨了该领域今后的研究方向。

二氧化硅气凝胶的制备及应用研究进展

作为一种典型的纳米材料,二氧化硅气凝胶凭借其独特性质在诸多领域被广泛应用,是当前材料科学重点研究领域之一。本文重点分析了二氧化硅气凝胶的制备及应用现状。

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的性能及其瞬态传热模拟

高马赫数、新型航天飞行器承载严重的气动加热环境,其隔热材料的性能与传热计算对飞行器热防护结构的优化和预测具有一定的指导意义。研究了二氧化硅气凝胶隔热复合材料的结构与性能,并进行了瞬态传热模拟。结果表明复合材料热导率仅为0.018W/m.K,瞬态传热模拟结果与考核测试值吻合,为预测和优化隔热材料提供了一定的依据。

纤维增强型二氧化硅气凝胶复合材料常压制备及表征

采用溶胶-凝胶法分别制备了木质素纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维等5种纤维增强型二氧化硅气凝胶复合材料,并对其进行了表征。结果表明:聚丙烯腈纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的收缩率最小(仅为9%),且比表面积最大(为583 m2/g);玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的块体光滑度最好;聚丙烯纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的透明度最高。纤维本身材质的差别导致了其与凝胶粒子的结合程度有所差异,因而对复合材料块体的透明度、比表面积、收缩率产生影响,而5种纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的疏水性能均非常良好。

浸渍过程对纳米纤维素/二氧化硅复合气凝胶结构与性能研究

纳米纤维素(CNF)气凝胶兼具传统气凝胶的优异特性和自身优良的生物相容性和可降解性,在很多领域应用前景广阔。然而纤维素自身的超亲水性严重限制了其更广泛的应用,为改善纤维素气凝胶的亲水性能,提高其综合应用性能,采用简单浸渍法在纤维素气凝胶基体中引入二氧化硅(SiO_2)颗粒制备纳米纤维素/二氧化硅复合气凝胶,利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析纤维素气凝胶和复合气凝胶的化学结构;用扫描电镜(SEM)观察气凝胶的微观结构;测定气凝胶的物理、力学性能和接触角。结果表明,复合气凝胶在3 340cm^(-1)处—OH吸收峰较纤维素气凝胶均有所减弱,表明SiO_2的引入促使Si—OH形成,也降低了气凝胶的亲水性,同时有Si—CH3和Si—O—Si吸收振动峰出现,表明三甲基氯硅烷(TMCS)的改性作用以及纤维素与SiO_2颗粒之间形成稳定化学键连接。浸渍时间影响硅含量,进而影响气凝胶的密度、比表面积和孔隙率。当浸渍时间为10min时制备的复合气凝胶性能较好,其微观结构分布均匀,具有疏水性能,接触角可达152°,同时气凝胶仍具有较好的力学性能和较低密度,其压缩模量和压缩性能分别为5.91和1.38MPa,密度为0.1g·cm^(-3)。