关键词:
桥联型有机硅氧烷
硅基气凝胶
酚醛
气凝胶毡
柔性
阻燃
摘要:
为开发具有柔韧性、阻燃性、轻量化的多功能气凝胶及其管道保温用隔热材料,本文首先选用桥联型有机硅氧烷与带有有机基团的功能性有机硅氧烷为共前驱体组合,基于气凝胶的柔性、隔热性和热稳定性等确定最优共前驱体组合;其次,为提高柔性硅基气凝胶的耐烧蚀性,探索了有机硅烷与酚醛组分之间的化学交联,研究了表面活性剂添加量、溶剂比例、有机硅与酚醛比例等参数对杂化气凝胶性能的影响;最后,探索了玻璃纤维毡与气凝胶复合制备隔热毡的工艺方法,对复合材料的性能进行分析研究。得出的主要结论如下:
(1)以3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为桥联型硅氧烷前驱体,甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)为前驱体组合,制备了TAMD气凝胶;以APTMS为桥联型硅氧烷前驱体,DMDMS和乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)为前驱体组合,制备了TADV气凝胶。对比了两种气凝胶的性能参数,其中,TAMD气凝胶凝胶时间短,干燥后的收缩率低、孔隙率高,疏水性高(接触角为152°)、隔热性好(导热系数为0.0290 W/(m·K))、热稳定性能优异,样品在N2气氛下加热至800℃时,质量残余率可达57.86%。此外,力学性能优异,在50%压缩应变下循环100次后,样品无损坏。
(2)利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、MTMS、DMDMS为有机硅源,对苯二甲醛(TPAL)和间苯二酚(R)为酚醛基体,制备了酚醛/有机硅杂化气凝胶(TRAs气凝胶)。当n(TR:Si)为1:52,HAC和ETOH最佳体积比为8:10,尿素1.0 g,表面活性剂0.6 g时,得到的酚醛/有机硅杂化气凝胶的双网络结构有序排列,孔隙分布均匀,具有一定的抗压缩性,优异的隔热性能(热导率为0.0398 W/(m·K))、热稳定性能(N2气氛下800℃时质量残余率高达64.03%)和耐烧蚀性能(800℃火焰烧蚀60 s后整体形貌没有发生破碎等现象)。
(3)为制备管道保温用气凝胶隔热毡,应用(1)、(2)中的最优配比,制备硅基气凝胶增强玻璃纤维毡复合材料(Si气凝胶毡)和酚醛/有机硅杂化气凝胶增强玻璃纤维毡复合材料(Si/TR气凝胶毡)。其中,Si/TR气凝胶毡断裂强力最大(408 N),热稳定性能良好(800℃N2气氛下,质量残余率高达83%),在400℃左右高温火焰烧蚀160 s后其背面温度稳定在150℃左右,具有良好的阻燃隔热性能,在管道保温领域具有良好的应用前景。