SiO2气凝胶绝热涂层隔热与耐高温性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在绝热涂层中的应用,利用SiO_2气凝胶的低导热系数、低密度、高孔隙率及低折射率等优异性质,提高涂层隔热性能和耐高温性能。方法通过筛选不同类型的水性树脂和功能填料,选择吸热较少的树脂和隔热性能优异的填料作为绝热涂层的原材料。采用自制隔热装置以及导热系数测量仪,对添加不同质量分数SiO_2气凝胶的绝热涂层的隔热性能进行研究,并采用XRD、FT-IR等多种分析手段,研究涂层加热到200、300、400℃时的物相结构和基团变化。结果水性丙烯酸树脂含吸热基团较少,在相同光照条件下,平衡温度分别比聚氨酯树脂和环氧树脂低0.8℃和1.8℃,适宜作SiO_2气凝胶绝热涂层的成膜物质。涂层隔热性能随SiO_2气凝胶质量分数的增加呈先增强后减弱的趋势,当SiO_2气凝胶质量分数为5%时,涂层的隔热性能最佳,同未添加SiO_2气凝胶的涂层相比,最大温差可达12℃。随SiO_2气凝胶质量分数的增加,涂层的耐高温性能提升,当SiO_2气凝胶的质量分数为7%时,涂层能在400℃高温下保持良好的性能。结论 SiO_2气凝胶对隔热涂层的隔热性能和耐高温性能有较大提升,对SiO_2气凝胶涂层的多领域应用奠定了一定基础。     

SiO2气凝胶复合型隔热涂层的制备及性能研究

目的探究SiO_2气凝胶在复合隔热涂料中的应用,从隔热机理出发,通过降低复合隔热涂层的导热系数,提高反射率、辐射率等方式,使涂层达到隔热降温的目的。方法首先通过单掺实验确定各填料的含量,并采用紫外/可见光/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和自制的测试隔热装置等,分析涂层的发射率、辐射率和隔热性能,最后通过正交实验方法得到最优涂层配方。结果 SiO_2气凝胶能显著降低涂层的导热系数,在此基础上,添加钛白粉、空心玻璃微珠、红外陶瓷粉等颜填料,能有效提高涂层的反射率和辐射率,从而进一步增强了涂层的隔热效果。分别添加质量分数为5%的SiO_2气凝胶、5%的钛白粉、5%的空心玻璃微珠和10%的红外陶瓷粉时,复合隔热涂层具有最优的隔热性能。SiO_2气凝胶复合型隔热涂层的干膜厚度为60μm时,与未涂覆的空白样板对比,温度最高可降低14.8℃。结论 SiO_2气凝胶复合型隔热涂层具有优异的隔热性能,并且具有薄层、轻质、环保等优点,具有一定的实际应用价值。     

SiO2气凝胶隔热涂层织物的制备及性能研究

目的提高织物的隔热效果及抗紫外性能。方法以SiO2气凝胶和TiO2为功能粒子,采用聚丙烯酸酯、聚氨酯类粘合剂,在棉织物上制备涂层,研究功能粒子和粘合剂用量对涂层织物隔热效果的影响。结果当涂层剂中粘合剂和去离子水质量比为2∶8,气凝胶加入量为粘合剂和去离子水总质量的10%时,涂层织物的隔热性能最好,较原织物显著提高。此外,SiO2气凝胶-TiO2复合涂层的隔热性能也颇为优异。织物涂覆涂层后,与原织物相比,断裂强力基本不变,撕破强力略有下降,白度提高,抗紫外性能提高,摩擦牢度好。结论采用SiO2气凝胶、TiO2作为功能粒子对织物进行涂层涂覆,其隔热性能显著提高。     

SiO2气凝胶涂料的制备及应用研究进展

SiO2气凝胶自1931年由美国科学家Kistler制备问世以来,因其热导率低、比表面积大、孔隙率大等优异性能一直被研究者所青睐.随着研究的深入,SiO2气凝胶的制备加工工艺得到了优化,使用性能在一定程度上得到了较大提升,研究方向也从早期的制备、性能研究发展到现在的应用研究.现已研制开发出许多具有特殊功能的全新产品,并通过与其他材料的复合得到性能更优越的SiO2气凝胶复合材料,使其在航天航空、军事、建筑、医学等领域得到越来越广泛的应用.在SiO2气凝胶众多应用领域中,其在涂料中的运用是极为重要的一个分支.针对目前SiO2气凝胶涂料推广应用难等现实情况,先对SiO2气凝胶及其涂料制备过程中存在的主要问题做简要阐述,再将利用SiO2气凝胶在某些方面的突出性质而制成的功能涂料进行分类,并从SiO2气凝胶在各种功能涂料中的作用机理出发,对不同功能的SiO2气凝胶涂料的研究进展情况进行归纳总结,在此基础上,展望了未来SiO2气凝胶涂料的发展方向.     

SiO2气凝胶及纤维复合SiO2气凝胶隔热材料表征方法

SiO₂气凝胶及纤维复合SiO₂气凝胶材料因轻质、高效、导热系数低等优点在保温隔热领域备受关注,应用前景广阔。其隔热性能、力学性能与微观结构、化学组成密切相关。本文对现阶段常见的微观结构、隔热性能、力学性能的表征方法做了介绍,常见的有密度、疏水角、晶态结构、微观形貌、比表面积及孔径分布、导热系数、化学组成、热稳定性、抗弯抗压等。综述了以上各种表征方法存在的优缺点及表征参数变化说明的问题。各种表征方法得到的表征参数之间存在紧密联系,需要从多角度理解和分析。     

水性隔热涂料体系制备及应用研究

目的研制一种柔韧性良好的SiO_2气凝胶涂层。方法以SiO_2气凝胶为主要隔热填料,以水性树脂为基料,在多种功能助剂的配合下,制备轻质高效的隔热涂料,作为中间层漆与水性防腐底漆、水性耐候性面漆配套使用。结果以水性聚氨酯树脂作为基料,当气凝胶添加量为13%~16%时,涂层的导热系数能够达到0.05 W/(m·K)以下,涂层表面不开裂,综合性能较好。气凝胶隔热涂料与水性环氧防腐底漆、水性聚氨酯面漆配套相容性良好。结论将SiO_2气凝胶添加到有机树脂中,制备成具有有机成膜物柔性的水性隔热涂层,在力学性能优异的树脂包裹下,可避免其在形变时发生脆性断裂。涂料简单易行的施工方式,使其不再受被保护部件复杂形状的限制,从而极大地拓展涂层的应用范围。同时,涂层体系集防腐、隔热与装饰一体化,为高效防腐隔热提供了全新的解决方案。     

纳米多孔SiO_2气凝胶的表面修饰和吸附特性(英文)

采用溶胶-凝胶法,通过表面修饰等工艺,在常压条件下制备出高气孔率的疏水性 SiO2气凝胶。表面修饰能够调节气凝胶内部纳米多孔结构和增大比表面积。表面修饰采用三甲基氯硅烷,其 Si-CH3基团能取代原有气凝胶表面的 O-H 基团,使其具有疏水特性。用扫描电镜,红外光谱以及孔径分布仪对其结构和表面基团进行了表征,对其吸附特性进行了测试。结果表明,SiO2 气凝胶具有纳米多孔结构,且有较好的疏水特性,其吸附性能较活性炭纤维和活性炭颗粒高 3～4 倍,再吸附容量基本不变,是一种极好的高吸附材料,具有广阔应用前景。     

高隔热性能和机械性能的聚酰亚胺/二氧化硅气凝胶复合膜

二氧化硅气凝胶的大规模应用受限于许多原因,机械性能差是其中之一。如何在应用中发挥气凝胶的优势一直是研究关注的重点。本研究将二氧化硅气凝胶微球添加到聚酰亚胺中成功制备了聚酰亚胺/二氧化硅气凝胶复合膜。实验结果显示：与纯聚酰亚胺膜相比,复合膜的热导率降低,并且随着添加量的增加而继续下降,最小值为0.321 W m_-1 K_-1。与纯聚酰亚胺膜相比,复合膜的机械性能有所下降。因此,在膜材料应用中兼顾机械性能和隔热性能是很重要的。本研究丰富了气凝胶的应用形式。     

热处理温度对硅石气凝胶结构的影响

以水玻璃为硅源、甲酰胺为催化剂、乙二醇为干燥控制化学添加剂(DCCA),结合溶胶-凝胶法常压下干燥制备了硅石气凝胶粉体.采用BET,TG-DSC,XRD,SEM,FT-IR的方法研究了硅石气凝胶在热处理过程中的组成、结构及其组织形貌的变化特点.研究发现随着热处理温度的升高,气凝胶的堆积密度略有增加而比表面积却降低显著.在升温过程中,气凝胶中的-OH基团逐渐减少,到700℃时,气凝胶开始由无定型的SiO2转变为晶态SiO2.     

高分子纤维增韧SiO_2气凝胶复合材料的制备

以正硅酸乙酯为硅源,乙醇和水为溶剂,芳纶纤维为增强相,通过溶胶凝胶及常压干燥等步骤,实现了芳纶增韧SiO_2气凝胶复合材料的非超临界制备.采用扫描电镜、吸附-脱附等分析手段及热导率测试对所得气凝胶样品进行结构分析和性质表征.结果表明,调节反应体系的各反应参数可以获得具有不同外形、密度及热导率的复合材料;所得气凝胶平均孔径约为10～20 nm,比表面积可达1000 m~2/g,可望在隔热材料等领域得到应用.     

碳纳米管掺杂SiO2气凝胶隔热材料的制备与性能表征

以正硅酸乙酯（TEOS）和碳纳米管（CNTs）为原料，采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备不同碳纳米管（CNTs）含量的SiO2气凝胶隔热材料。采用DET、SEM、XRD等测试方法考察了添加CNTs对SiO2气凝胶比表面积、孔结构特征和密度的影响。结果表明：添加CNTs不仅能够增强SiO2气凝胶的强度，而且能够在很大程度上提高气凝胶的比表面积，使孔结构分布更加均匀。     

SiO2涂层提高PEI绝缘材料耐原子氧剥蚀能力的验证

目的 验证SiO2涂层对PEI绝缘材料耐原子氧剥蚀能力的提升效果。方法 以某航天器舱外用电连接器PEI绝缘材料为研究对象,将全氢聚硅氮烷(PHPS)作为涂层材料,利用底涂浸涂、面涂喷涂的KH-AORX湿化学法镀膜工艺,把PHPS直接转化为二氧化硅(SiO2)无机防护涂层。基于型号在轨15年的工作寿命要求,开展5年原子氧总通量为2.61×10²⁶ atoms/m²、原子氧通量率为6.5×10¹⁵ atoms/(cm².s)的试验验证,分析试验前后的材料质量损失率、原子氧剥蚀率和外观形貌的变化。结果 采用的KH-AORX湿化学法镀膜工艺可实现将PHPS涂层材料作用于PEI绝缘材料并直接转换为SiO2保护涂层。涂层边缘厚度及中心厚度具有较好的一致性,涂层硬度及附着力满足设计指标要求。已涂覆SiO2的PEI绝缘体经历5年通量的原子氧剥蚀后,质量损失率为0.05%,拟合计算后,经历15年通量的原子氧剥蚀后的质量损失率为0.29%。经电子显微镜检查,PEI绝缘体表面SiO2涂层未见起层、脱落和基体暴露现象。结论 利用KH-AORX湿法镀膜工艺在PEI绝缘材料上将PHPS转化为SiO2涂层,能够获得较大的膜层,且膜层厚度分布均匀。SiO2涂层能有效提高PEI绝缘材料的耐原子氧性能,满足舱外应用在轨服役寿命要求。     

纳米超级隔热材料及其最新研究进展

从分析纳米隔热材料的传热机理入手,指出微米／亚微米孔隙结构特征是决定其是否具有“超级隔热”性能的关键因素。以常温常压下热导率0．02W／m·K为目标,利用理论计算方法获得了纳米超级隔热材料大孔孔隙尺寸及其所占体积分数的最大容限,并采用SiO2纳米隔热材料的测试结果进行了验证。以满足1000℃以上使用要求作为目标,制备了1200℃下结构稳定性良好的SiO2－Al2O3复合纳米超级隔热材料,采用自行研制的超低热导率测试样机对不同温度和压力条件下的热导率进行测试,并与石英灯加热法测评试样热导率的实验结果进行了对比。最后提出了本领域存在的其它难题,展望了纳米超级隔热材料的未来发展潜力。     

Structural characterization of thermal building insulation materials using terahertz spectroscopy and terahertz pulsed imaging

Terahertz (THz) spectroscopy and imaging is used to analyse different types of thermal building insulation materials. First, the absorption coefficients of polymer foams are calculated, showing an inverse relationship with thermal conductivity. In addition, manufacturing imperfections and internal structures within the foams are clearly visualized with THz amplitude imaging. Secondly, different fibre orientations within aerogel composite blanket are recognized in THz spectra and amplitude images. Lastly, the phase transition of microencapsulated phase-change material is indicated by occurrence of spectral peaks in THz spectrum. The selected method is promising for a non-destructive testing of the thermal insulation material properties and structure.     

原位法制备Ni纳米线/SiO2复合气凝胶催化剂

以正硅酸乙酯和硝酸镍为原料、乙二醇为还原剂,采用溶胶-凝胶法和超临界干燥工艺制备负载金属Ni纳米线的SiO2复合气凝胶.通过BET、XRD、TEM、TPR和H2-TPD等技术,对其物相组成和活性比表面进行表征.结果表明:负载Ni主要以金属Ni单质纳米线的形态均匀分布在SiO2气凝胶三维网络骨架结构上,该纳米线直径为1～5 nm、长度为10～80nm,载体骨架结构上存在尚未还原完全的Ni;随Ni负载量的增加,Ni与载体SiO2之间的相互作用逐渐减弱,催化剂的Ni活性中心点增多;负载Ni纳米线显示出较强的热稳定性.