碳纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料的制备及保温性能研究

摘要

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,无水乙醇和去离子水为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了SiO_(2)气凝胶,再以不同含量(0,1%,3%和5%(质量分数))短切碳纤维为增强材料,在胶凝完成后,经过表面改性,采用常压干燥工艺,制备了碳纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR和孔径测试等方法对制备所得复合材料的微观结构、形貌、孔径分布和导热性能进行了测试分析。结果表明,碳纤维增强SiO_(2)气凝胶复合材料为典型的非晶态结构,属于毛细凝聚特征的介孔材料,碳纤维的掺杂并没有改变SiO_(2)气凝胶的晶态结构;未掺杂碳纤维的SiO_(2)气凝胶的颗粒相互堆搭,掺入碳纤维的SiO_(2)气凝胶颗粒的孔隙明显减小,孔洞结构较为完整,碳纤维的掺入填充了大尺寸孔隙,有助于气凝胶孔径分布区间的收窄,当碳纤维的含量为3%(质量分数)时,颗粒分布最佳;随着碳纤维含量的增加,复合材料的导热系数呈现出先降低后升高的趋势,当碳纤维的含量为3%(质量分数)时,样品的导热系数最低为0.019 W/(m·K)。综合来看,当碳纤维的含量为3%(质量分数)时,复合材料的保温性能最佳,在建筑保温材料领域具有广阔的应用前景。