雙層共擠出法製備二氧化矽氣凝膠纖維長絲的研究

《雙層共擠出法製備二氧化矽氣凝膠纖維長絲的研究》是依託大連理工大學,由韓俊南擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雙層共擠出法製備二氧化矽氣凝膠纖維長絲的研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓俊南

項目摘要

要製備具有實用價值的SiO2氣凝膠隔熱材料必須對其進行增強、增韌。本研究以工業水玻璃為矽源，利用常壓環境乾燥工藝，結合有機高分子聚合物纖維成型技術，採用雙層共擠出法製備以SiO2氣凝膠為面層、以有機高分子聚合物為芯層的連續SiO2氣凝膠長絲，以獲得具有良好柔性、優良後加工性且自身具有良好力學性能的SiO2氣凝膠纖維型柔性複合隔熱材料。SiO2氣凝膠自身的纖維化，面層氣凝膠塊體的完整性以及面層和芯層之間的界面效應，是決定其性能的關鍵因素。為保證面層凝膠體的完整性，成型過程先輔助以模板劑，待濕凝膠形成後結合常壓環境乾燥過程中的溶劑交換和表面疏水改性脫除模板劑。同時利用芯材基體的化學改性和面層凝膠體的有機改性，可在芯層聚合物和面層氣凝膠之間形成有效共價鍵合作用，增強面層和芯層之間的結合力。常壓環境乾燥條件下，氣凝膠自身纖維化的實現，使其作為整體化的複合材料在民用保溫節能領域具有重要套用價值。

結題摘要

本研究以工業水玻璃為矽源，利用常壓環境乾燥工藝，結合有機高分子聚合物纖維成型技術，採用雙層共擠出法製備以二氧化矽氣凝膠為面層、以有機高分子聚合物為芯層的連續二氧化矽氣凝膠長絲，以獲得具有良好柔性、優良後加工性且自身具有良好力學性能的二氧化矽氣凝膠纖維型複合隔熱材料。首先採用溶出置換工藝，以工業水玻璃作為原料，探索了套用含有不同基團高分子聚合物溶出置換合成二氧化矽氣凝膠的新方法，並採用FI-IR、SEM、TEM、XRD、TG-DSC等對成型樣品的結構和性能進行了表征。實驗結果表明與水溶性聚合物的先溶出置換方法相比，後溶出置換法合成的二氧化矽凝膠能夠形成更高孔隙的三維網路結構；採用 PAM、PEG、PVA溶出置換合成的SiO2氣凝膠顆粒或團簇平均直徑 10-20 nm，平均孔徑18nm；當以聚乙二醇(PEG10000)為添加劑時，製備獲得的二氧化矽凝膠體比表面積可達568 m2/g。針對純質二氧化矽氣凝膠脆性大、常壓環境乾燥條件下難以獲得完整塊狀結構的缺點，研究了不同矽烷偶聯劑存在條件下甲基丙烯酸甲酯(MMA)有機改性二氧化矽氣凝膠的系列性能。改性成型二氧化矽氣凝膠13C-NMR 和FT-IR的測試結果表明聚合物聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化矽膠體顆粒之間形成了有效的鍵合作用；力學性能的測試結果表明，當改性溶液中聚合物的濃度為50%時，與純質二氧化矽氣凝膠相比改性樣品的楊氏模量和硬度分別增加了12倍和61倍；改性聚合物的引入雖然增加了成型樣品的本體密度，但有效減小了二氧化矽濕凝膠在常壓環境乾燥條件下的收縮性；改性聚合物的引入為二氧化矽氣凝膠的增強增韌提供了一種新的方法。最後，以PAN聚合物為芯材，以二氧化矽凝膠體為面層，研究了共擠出工藝對纖維體性能的影響。常溫環境乾燥條件下，氣凝膠自身纖維化的實現，使其作為整體化的複合材料在民用保溫節能領域具有重要套用價值。