梁騰隆，趙曉明

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387)

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SiO2氣凝膠絕熱復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

梁騰隆，趙曉明

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387)

對SiO2氣凝膠性能及制備工藝進(jìn)行了簡單介紹，論述了近年來國內(nèi)外SiO2氣凝膠絕熱復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀，包括以不定型纖維材料增強的氣凝膠基絕熱復(fù)合材料和以紡織成型纖維材料為基體的氣凝膠絕熱復(fù)合材料的制備工藝及其研究現(xiàn)狀。并對兩種絕熱材料及其制備工藝的特點進(jìn)行了分析，紡織基氣凝膠絕熱復(fù)合材料因其具有優(yōu)異的綜合絕熱性能，較低的成本而在普通工業(yè)和民用領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展前景。

SiO2氣凝膠 氣凝膠基絕熱復(fù)合材料 紡織基氣凝膠絕熱復(fù)合材料 研究現(xiàn)狀

0 引言

氣凝膠是一種分散介質(zhì)為氣體的凝膠材料，其種類有多種，有單相氣凝膠(如SiO2、Al2O3、TiO2、Cr2O3等)、多相氣凝膠(如Al2O3/SiO2、TiO2/SiO2、 Fe2O3/Al2O3、MgO/ Al2O3/ SiO2等)、有機氣凝膠(如RF、PF、MF等)和碳?xì)饽z[1-3]。其中SiO2氣凝膠是應(yīng)用得最多的材料，因其具有超輕質(zhì)量和半透明的色彩，被稱為“固態(tài)煙”，其具有高孔隙率的納米量級孔洞(大于99%)、高比面積(200m2/g～1000m2/g)、低體積密度(低至3kg/m3)、極低導(dǎo)熱系數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)低至0.013W/m·K)、耐低溫高溫(-200℃～1400℃)、A級不燃以及環(huán)保無毒的優(yōu)異性能[4-13]，使其在絕熱領(lǐng)域被視為最有前途的材料。但是，SiO2氣凝膠的強度低、高溫環(huán)境下對紅外輻射全透過。所以通過與增強材料、紅外遮光劑等功能粒子復(fù)合制備SiO2氣凝膠絕熱復(fù)合材料是SiO2氣凝膠的一般應(yīng)用形式。

SiO2氣凝膠是通過溶膠—凝膠(sol-gel)法制備的，一般地，溶膠-凝膠法包含了溶膠—凝膠過程、老化過程和干燥過程[14]。溶膠—凝膠過程是指前驅(qū)體(一般是硅的醇鹽，以正硅酸乙酯(TEOS)研究較多)在反應(yīng)液中水解形成密實無定形的二氧化硅初次粒子(1nm～2nm)，然后縮聚形成球形的二次粒子(5nm～10nm)，二次粒子再通過相互交聯(lián)形成珍珠項鏈狀的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠[15]。正是由于這種納米顆粒之間存在大量的空隙，使得SiO2氣凝膠具有低密度和高孔隙率等特性；制備的凝膠隨后進(jìn)入老化過程，老化過程增強了凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得干燥過程凝膠中的納米孔收縮最小。老化過程包含凝膠小粒子的溶解，沉淀聚集為較大粒子[14]；干燥過程指的是將具有彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠內(nèi)部的大量溶劑替換為空氣，而傳統(tǒng)的干燥方法會導(dǎo)致凝膠納米結(jié)構(gòu)被破壞，體積密度迅速增大。所以干燥過程是制備過程中的難點和關(guān)鍵所在，目前主要有超臨界流體干燥(SCLD)、冷凍干燥(freeze-drying) 和常壓干燥(APD)三種方法[16]。其中超臨界流體干燥是指在反應(yīng)釜中通入適當(dāng)?shù)牧黧w(如甲醇、CO2等)，通過控制壓力和溫度，使得凝膠骨架內(nèi)部的溶劑達(dá)到臨界點，隨之發(fā)生由液相至氣相的超臨界變化。盡管超臨界流體干燥不會出現(xiàn)納米孔的收縮和塌陷，產(chǎn)品性能優(yōu)越，但是因其設(shè)備昂貴、控制條件比較苛刻、操作危險、耗時長、效率低下、成本高而限制了工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用；冷凍干燥先將濕凝膠冷凍到冰點溫度以下，在適當(dāng)?shù)恼婵斩认拢贡苯由A為水蒸氣，從而獲得干燥氣凝膠[17]。雖然冷凍干燥技術(shù)避免了高溫高壓、操作危險的制備條件，但是由于其延長了老化時間，空隙結(jié)晶可能會導(dǎo)致納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，目前還處于實驗室研究水平；而常壓干燥不需要昂貴的干燥設(shè)備，制備過程也相對簡單，只需對濕凝膠進(jìn)行有效預(yù)處理，如溶劑置換、表面改性處理以降低干燥過程中的毛細(xì)管壓力。常壓干燥是實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，低成本大規(guī)模應(yīng)用的有效途徑，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 氣凝膠基絕熱復(fù)合材料研究現(xiàn)狀

鑒于SiO2氣凝膠生產(chǎn)成本高，大規(guī)模高效率工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)難以取得突破，特別是通過易于應(yīng)用的常壓干燥法制備的SiO2氣凝膠整體性差，往往成碎塊狀。所以，純SiO2氣凝膠的低強度和低韌性是其產(chǎn)業(yè)化面臨的最大挑戰(zhàn)。另外，由于在高溫狀態(tài)下輻射傳熱是主要的熱量傳遞方式，氣凝膠對于2.5μm～8μm的近紅外輻射幾乎全透過，而溫度為300K～1300K下的熱輻射主要是這一波段[1-2]。為了提高SiO2氣凝膠高溫環(huán)境下的絕熱性能，在SiO2氣凝膠中添加紅外遮光劑(如炭黑、SiC、TiO2等)以降低氣凝膠高溫下的輻射熱導(dǎo)率。綜上所述，研究人員不僅可以致力于純氣凝膠制備工藝的改進(jìn)優(yōu)化，以降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品性能，而且可以另辟蹊徑：將不定型纖維材料、紅外遮光劑等添加到SiO2氣凝膠中制備氣凝膠基絕熱復(fù)合材料，或者將SiO2氣凝膠、紅外遮光劑等添加到紡織成型纖維材料(機織物、針織物、非織造布等)中制備紡織基氣凝膠絕熱復(fù)合材料，降低SiO2氣凝膠使用量的同時增強純SiO2氣凝膠的強度和高溫絕熱性能，使之成為普通工業(yè)和民用領(lǐng)域用得起的超級絕熱材料。

1.1 凝膠整體成型法

凝膠整體成型法一般是在凝膠過程前加入功能性添加材料，如不定型纖維材料、紅外遮光劑，再經(jīng)干燥制得SiO2氣凝膠基絕熱復(fù)合材料。

Zhi Li等[18]以正硅酸乙酯為硅源，將溶膠導(dǎo)入模具并層層加入芳綸纖維，密封模具凝膠20分鐘，再經(jīng)老化和溶劑置換—表面改性后，分別在80℃和100℃下常壓干燥8h制得芳綸纖維增強的氣凝膠基絕熱復(fù)合材料。通過三點彎曲試驗和熱導(dǎo)率測試(瞬態(tài)平面熱源法)表明最佳芳綸纖維含量為5 wt%時，復(fù)合材料模量低，彎曲性能優(yōu)良，而且對復(fù)合材料的絕熱性能沒有影響，隨著芳綸纖維含量的增加，復(fù)合材料的密度單調(diào)遞減到0.142g/cm3，而熱導(dǎo)率只在0.0221W(m·K)～0.0235W/(m·K)之間略微增加；背溫試驗證明了瞬態(tài)熱傳遞與一維熱傳遞的相似性，并且根據(jù)傅里葉定律建立了不同溫度下(100℃～300℃)熱導(dǎo)率測試的簡單方法，進(jìn)一步分析了熱傳遞特征；TG-DSC測試表明芳綸/氣凝膠絕熱復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性高達(dá)285℃，而且復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性主要取決于純氣凝膠的熱穩(wěn)定性。

方文振等[19]將紅外遮光劑與純氣凝膠復(fù)合，采用Mie散射理論計算出不同粒徑、不同種類遮光劑復(fù)合氣凝膠的平均消光系數(shù)。研究了遮光劑粒徑、遮光劑種類、遮光劑含量對復(fù)合氣凝膠不同溫度下的熱導(dǎo)率的影響，并與理論計算得出的復(fù)合氣凝膠不同溫度下的等效熱導(dǎo)率進(jìn)行對比。理論計算表明：當(dāng)溫度小于650K時，粒徑為4μm的遮光劑具有最大的平均消光系數(shù)，當(dāng)溫度大于650K時，粒徑為3μm的遮光劑具有最大平均消光系數(shù)；炭黑在300K～800K各個溫度下平均消光系數(shù)最大，其次為SiC和ZrO2。但炭黑在高溫下易被氧化，只能在300℃以下環(huán)境中使用。實驗結(jié)果表明：對于摻雜4種不同粒徑SiC(1.5、3.5、7、14μm)的復(fù)合氣凝膠材料，摻雜粒徑為3.5μm SiC的氣凝膠材料紅外遮蔽效果最好，在400K～1000K溫度下具有最低的熱導(dǎo)率；對于復(fù)合同種粒徑(3.5μm)不同種類遮光劑(SiC、TiO2、ZrO2)的氣凝膠絕熱材料，在400K～1000K溫度下熱導(dǎo)率最低的是復(fù)合SiC遮光劑的氣凝膠絕熱材料；對同種粒徑(3.5μm)，不同摻雜體積含量(0%、1%、2.17%、3.75%、5.84%)的復(fù)合SiC氣凝膠材料在400K～1000K溫度下進(jìn)行熱導(dǎo)率測試，表明最優(yōu)遮光劑摻雜含量約為3.75%；復(fù)合氣凝膠在400K～1000K的熱導(dǎo)率理論預(yù)測與試驗結(jié)果變化趨勢基本一致，在800K左右出現(xiàn)最大偏差，偏差為13%以內(nèi)，可以被一般工程計算接受。

Lin Xu等[20]通過莫來石纖維浸漬聚碳硅烷(PCS)的二甲苯(DMB)溶液，干燥后高溫裂解生成的SiC涂覆在纖維上，解決了遮光劑粒子在增強纖維中分散不勻的問題。將均勻涂覆SiC遮光劑的莫來石纖維浸漬在Al2O3-SiO2溶膠中，經(jīng)老化、凝膠、超臨界干燥制得以莫來石纖維增強、含有遮光劑SiC的Al2O3-SiO2氣凝膠基絕熱復(fù)合材料。研究了裂解工藝以及聚碳硅烷濃度對SiC涂層纖維有效消光系數(shù)的影響，通過傅里葉變換紅外光譜儀對SiC涂層纖維進(jìn)行吸光度測試，由此計算得出有效消光系數(shù)在聚碳硅烷濃度為10 wt%時最高(56.3m2/kg)；通過熱導(dǎo)率測試表明在1000℃下，氣凝膠絕熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.049W/(m·K)，遠(yuǎn)低于沒有摻雜遮光劑的氣凝膠絕熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率(0.062 W/(m·K))；另外通過能譜分析(EDS)和X射線衍射(XRD)分析得知，均勻涂覆在莫來石纖維表面的涂層材料是β-SiC。

通過凝膠整體成型法制備SiO2氣凝膠基絕熱復(fù)合材料，在向溶膠內(nèi)部添加不定型纖維和紅外遮光劑時，機械攪拌易使纖維材料糾纏成束狀，纖維材料難以均勻分散，紅外遮光劑等功能粒子容易沉淀在溶膠內(nèi)部。在干燥過程中這些缺陷會使得氣凝膠基復(fù)合材料產(chǎn)生微米級的裂隙，從而影響復(fù)合材料的絕熱和機械性能。另外，同純SiO2氣凝膠的制備工藝一樣，凝膠整體成型法也要涉及干燥過程，超臨界干燥制備過程復(fù)雜危險，設(shè)備成本高，限制了工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用，但是目前以CO2為干燥介質(zhì)的超臨界干燥則不需要高溫高壓，常壓干燥制備過程相對簡單，只需干燥前對凝膠進(jìn)行溶劑置換、表面改性等預(yù)處理，所以常壓低成本干燥是未來的發(fā)展方向。

1.2 顆粒成型法

顆粒成型法一般是指將不定型纖維材料、紅外遮光劑或者粘結(jié)劑等添加到納米孔SiO2氣凝膠顆(微)粒中混合密閉攪拌，通過熱壓等工藝制成氣凝膠基絕熱復(fù)合材料。

JinpengFeng等[21]將氣相SiO2納米粉末(平均粒徑12nm)與E玻璃纖維、紅外遮光劑(SiC、 ZrSiO4、KT6、BN)混合高速粉碎60 s，通過水蒸氣蒸養(yǎng)防回彈預(yù)處理后，在150℃下干燥2h，壓制成薄片。通過傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對摻雜不同遮光劑種類的試樣進(jìn)行紅外透過率測試，并通過公式計算得到試樣的有效消光系數(shù)，以此來評價復(fù)合遮光劑的氣凝膠材料的紅外遮蔽效果。結(jié)果表明：遮光劑能有效地遮蔽紅外輻射從而大大提高氣相SiO2的絕熱性能。在四種遮光劑中，SiC具有最好的消光性能。SiC平均粒徑為3.029μm、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25%時，氣凝膠基絕熱復(fù)合材料在紅外波長為2.5μm～7μm之間的消光系數(shù)能提高4倍。

岳曉華[22]按照75：10：15：3：2的比例將SiO2氣凝膠顆粒、陶瓷纖維、聚酰亞胺分散乳液、乙二胺和雜多酸在室溫下均勻混合成漿料，將所述混合漿料在模具內(nèi)進(jìn)行熱壓處理，熱壓溫度為210℃，壓力為14MPa，并在該溫度和壓力下保持120min，最后冷卻至室溫脫模制得厚度為10mm的SiO2氣凝膠基絕熱氈墊。經(jīng)測試其面密度為1.21kg/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為23.6mW/(m·K)。本發(fā)明生產(chǎn)周期短，大大提高了生產(chǎn)效率，制備出的氣凝膠基絕熱氈墊柔韌性好，不掉粉。

顆粒成型法制備SiO2氣凝膠基絕熱復(fù)合材料同樣也存在混料不勻的問題，在通過干法機械攪拌混合不同種類的原料時，較難分散而成束狀或者糾纏在一起的纖維材料會增加復(fù)合材料的固相傳熱；微米級的遮光劑顆粒很難均勻地分散到納米級的SiO2氣凝膠顆(微)?；w中，從而影響遮光劑對高溫下紅外輻射的遮蔽效果[23]。通過對增強纖維表面涂覆遮光劑處理[20]，然后采用特殊的機械攪拌[24]與SiO2氣凝膠顆(微)?；旌?，可以解決混料不勻的問題。目前在顆粒成型法中既有使用SiO2氣凝膠顆(微)粒，也有使用氣相SiO2納米粉末。氣相SiO2納米粉末的使用雖然避免了復(fù)雜的溶膠—凝膠及超臨界干燥工藝，有利于復(fù)合絕熱材料的工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用，但是氣相SiO2納米粉末的導(dǎo)熱系數(shù)(常溫下約為0.03W/(m·K)[21])低于SiO2氣凝膠，相對于SiO2氣凝膠基絕熱復(fù)合材料，復(fù)合氣相SiO2納米粉末絕熱材料的絕熱性能有待提高[25]。

2 紡織基氣凝膠絕熱復(fù)合材料研究現(xiàn)狀

在石油開采、石油煉化、化工制藥、冶金等普通工業(yè)領(lǐng)域以及城市熱網(wǎng)、建筑等民用領(lǐng)域，面對純氣凝膠高昂的成本往往難以實際大規(guī)模應(yīng)用。將氣凝膠與合適的紡織成型纖維材料結(jié)合，利用紡織成型纖維材料的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為復(fù)合納米孔氣凝膠的骨架，使之成為氣凝膠絕熱復(fù)合材料的柔性基體。與以氣凝膠為基體的絕熱材料相比，大大降低氣凝膠使用量的同時增強氣凝膠絕熱復(fù)合材料的綜合使用性能。從目前的研究來看，紡織基氣凝膠絕熱復(fù)合材料的制備工藝主要有凝膠整體成型[26]、涂層、熱粘合、化學(xué)粘合、浸漬等。其中凝膠整體成型法借鑒了SiO2氣凝膠基絕熱復(fù)合材料的成型工藝，也有根據(jù)紡織成型纖維材料的自身特點衍生出的新方法新工藝。

Mostafa Jabbari等[27]在滌綸機織物(厚度0.2mm)上進(jìn)行SiO2氣凝膠/聚氯乙烯涂層處理，織物兩面涂層，涂層厚度均為0.4mm，制得以滌綸機織物為基體的SiO2氣凝膠柔性絕熱復(fù)合材料(SiO2氣凝膠含量分別為0、2、3、4 wt%)。通過對SiO2氣凝膠涂層織物進(jìn)行常溫下熱導(dǎo)率、密度、接觸角測試，與沒有摻雜SiO2氣凝膠的涂層織物相比，熱導(dǎo)率增加了26%，密度減小了17%，疏水性增加了16.4%。實驗證明含3%氣凝膠的涂層織物重量最輕，含4%氣凝膠的涂層織物絕熱性能最好(0.152 W/(m·K))，還發(fā)現(xiàn)SiO2氣凝膠的含量極限為4%，超過極限值則會影響涂層劑的黏度從而影響涂層成型。

Mohanapriya Venkataraman等[28]在聚酯/聚乙烯(50:50)纖維網(wǎng)熱粘合成非織造布時加入疏水性的SiO2氣凝膠微粒，制得以熱粘合非織造布為基體的SiO2氣凝膠柔性絕熱復(fù)合材料，分別制備了3種厚度(3.5、6.2、6.6mm)的SiO2氣凝膠絕熱氈。通過建立受控環(huán)境溫度(-25℃～25℃)微氣候室，在不同環(huán)境溫度下，恒溫水浴形成33℃的熱場，測量鄰近熱場的SiO2氣凝膠絕熱氈的熱面溫度T1和冷面溫度T2，計算得出穩(wěn)態(tài)熱導(dǎo)率和熱阻，并研究了這種測試設(shè)備和熱導(dǎo)率分析儀(TCi，改進(jìn)瞬態(tài)平面熱源法)所測得的熱導(dǎo)率和熱阻的相關(guān)性。結(jié)果表明在低溫下(-25℃)，SiO2氣凝膠絕熱氈具有相當(dāng)?shù)偷臒釋?dǎo)率(低至0.0248 W/(m·K))和高熱阻(可達(dá)0.1459m2·K/W)；新建立的熱學(xué)性能測試設(shè)備和TCi測試是相關(guān)的(相關(guān)度R2>0.92)，測試設(shè)備是適合測試非織物在零下溫度的熱傳導(dǎo)性能的。

陳照峰等[29]利用離心吹噴工藝制得玻璃棉，同時噴灑酚醛樹脂粘合劑(濃度0%～10%)于玻璃棉上，待帶有酚醛樹脂粘合劑的玻璃棉落到成網(wǎng)簾上，噴灑SiO2氣凝膠漿料(水與SiO2氣凝膠混合液)于網(wǎng)簾上。將混合物送入固化爐(溫度為180℃～250℃)熱壓成型，制得以玻璃棉氈為基體的SiO2氣凝膠柔性絕熱復(fù)合材料。路國忠等[30]將表面活性劑吐溫80(8 wt%)和去離子水(59 wt%)混合后以500轉(zhuǎn)/min的速度攪拌10min，加入SiO2氣凝膠(25 wt%)以600轉(zhuǎn)/min的速度攪拌45min，再加入偶聯(lián)劑KH560(8 wt%)以500轉(zhuǎn)/min的速度攪拌30min制得SiO2氣凝膠漿料，將玻璃棉纖維針刺氈浸入SiO2氣凝膠漿料中，40min后取出滴干，在50℃下烘燥48h制得以玻璃纖維針刺氈為基體的SiO2氣凝膠柔性絕熱復(fù)合材料。

將SiO2氣凝膠等功能粒子添加到涂層劑中，以紡織成型纖維材料為基材制備阻隔型絕熱涂層，利用熱傳遞的阻抗作用實現(xiàn)絕熱功能，制備的紡織基SiO2氣凝膠絕熱復(fù)合材料具有比重小，導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點；而對于在熱粘合非織造布制備過程中加入SiO2氣凝膠顆(微)粒的熱粘合復(fù)合工藝，制備方法簡單而且環(huán)保，功能粒子與基體結(jié)合緊固而且分散均勻，有效的發(fā)揮了功能粒子的絕熱作用；化學(xué)粘合法能夠很好的解決SiO2氣凝膠顆(微)粒與紡織成型纖維材料的固結(jié)問題，通過選擇耐高溫的粘合劑和紡織成型纖維材料，使得紡織基氣凝膠絕熱復(fù)合材料得以在高溫領(lǐng)域應(yīng)用；浸漬工藝簡單靈活，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，對于氣凝膠絕熱氈類產(chǎn)品，可以通過兩面貼合低導(dǎo)熱、耐高溫的機織物等工藝解決功能粒子掉落的問題。

紡織成型纖維材料是空氣、纖維和水分的復(fù)合體，其熱學(xué)性能是三組分集合和相互作用的結(jié)果，引入分散介質(zhì)為空氣的SiO2氣凝膠，精確調(diào)控復(fù)合體在多組分情況下的綜合熱學(xué)性能，找到復(fù)合材料熱學(xué)性能與SiO2氣凝膠使用量的最佳平衡點，通過選擇耐高溫、絕熱性能優(yōu)良的紡織成型纖維材料，摻雜紅外遮光劑，開發(fā)出低成本、可靠的復(fù)合工藝，制備在中高溫環(huán)境下使用的紡織基氣凝膠絕熱復(fù)合材料將成為研究的重點。

3 結(jié)論與展望

(1)干燥工藝是SiO2氣凝膠及其復(fù)合材料制備中的重要環(huán)節(jié)，對干燥工藝的改進(jìn)優(yōu)化關(guān)系到氣凝膠絕熱復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中常壓低成本干燥是未來的研究方向。

(2)凝膠整體成型法在制備過程中存在不定型纖維材料在溶膠體系中如何均勻分散的問題，影響了氣凝膠基絕熱復(fù)合材料的絕熱和機械性能。在目前氣凝膠的制備成本高、不能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)且產(chǎn)品性能不穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)格局下，以氣凝膠為基體的絕熱復(fù)合材料中氣凝膠使用量較大，所制備的氣凝膠基絕熱復(fù)合材料成本高，不利于大規(guī)模應(yīng)用于普通工業(yè)和民用領(lǐng)域。

(3)從氣凝膠基到紡織基，SiO2氣凝膠絕熱復(fù)合材料不僅是基體的簡單轉(zhuǎn)變，而是考慮到不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)^熱材料的要求不一樣，在航空航天及軍事領(lǐng)域，要求絕熱材料耐超高溫、極低導(dǎo)熱系數(shù)。而在一些對成本敏感的行業(yè)(如建筑行業(yè)等)則要求產(chǎn)品必須較低成本。紡織成型纖維材料因其疏松多孔，柔性的特點，本身就是優(yōu)良的絕熱材料，與超級絕熱功能粒子復(fù)合制備以紡織成型纖維材料為基體的絕熱材料，極大地滿足了這些領(lǐng)域使用要求的同時大大降低了氣凝膠的使用量，使得紡織基SiO2氣凝膠絕熱復(fù)合材料在普通工業(yè)和民用領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展前景。

[1] 趙俊杰,段遠(yuǎn)源,王曉東,等. 紅外遮光劑顆粒的光學(xué)和輻射特性分析[J]. 熱科學(xué)與技術(shù),2012(4): 283-288.

[2] 秦艷青,姜勇剛,馮堅,等. 紅外遮光劑在二氧化硅氣凝膠中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報,2015(11): 129-132.

[3] 封金鵬,馮霞,黃強.納米孔超級絕熱材料研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].宇航材料工藝,2014(1): 24-28，36.

[4] Cuce Erdem,Cuce Pinar Mert,Wood Christopher J. et al. Toward aerogel based thermal superinsulation in buildings: A comprehensive review [J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews,2014,34: 273-299.

[5] Du Ai,Zhou Bin,Zhang Zhihua,et al. A special material or a new state of matter: A review and reconsideration of the aerogel [J]. Materials,2013,6(3): 941-968.

[6] Baetens Ruben,Jelle Bjorn Petter,Gustavsen Arild,et al. Aerogel insulation for building applications: A state-of-the-art review [J]. Energy and Buildings,2011,43(4): 761-769.

[7] Huijun Yu,Xiaofeng Liang,Junxia Wang,et al. Preparation and characterization of hydrophobic silica aerogel sphere products by co-precursor method [J]. Solid State Sciences,2015,48: 155-162.

[8] Zhi Li,Lunlun Gong,Xudong Cheng,et al. Flexural silica aerogel composites strengthened with aramid fibers and their thermal behavior [J]. Materials and Design,2016,99(2016): 349-355.

[9] 張志華,王文琴,祖國慶,等. SiO2氣凝膠材料的制備、性能及其低溫保溫隔熱應(yīng)用[J]. 航空材料學(xué)報,2015(1): 87-96.

[10]Yannan Duan,Sadhan C. Jana,Bimala Lama,et al. Hydrophobic silica aerogels by silylation [J]. Journal of Non-crystalline Solids,2016,437: 26-33.

[11]Carrington M Takawira,虞雅倫,莊廣清,等. 二氧化硅氣凝膠的常壓低溫快速制備和表征[J]. 浙江理工大學(xué)學(xué)報,2016(3): 178-181.

[12]Jessica Laskowski,Barbara Milow,Lorenz Ratke. Aerogel-aerogel composites for normal temperature range thermal insulations [J]. Journal of Non-crystalline Solids,2016,: 42-48.

[13]Ya-Ling He,Tao Xie. Advances of thermal conductivity models of nanoscale silica aerogel insulation material[J]. Applied Thermal Engineering,2015,81(2015): 28-50.

[14]賀香梅. SiO2氣凝膠的常壓干燥制備及在隔熱紡織品中的應(yīng)用[D].上海：東華大學(xué),2014.

[15]崔勇,王棟民,張江濤,等. SiO2氣凝膠隔熱材料的研究現(xiàn)狀及在建筑中的應(yīng)用[A]. 中國硅酸鹽學(xué)會固廢分會.中國硅酸鹽學(xué)會固廢分會成立大會第一屆固廢處理與生態(tài)環(huán)境材料學(xué)術(shù)交流會論文集[C].北京：中國硅酸鹽學(xué)會固廢分會,2015: 7.

[16]Jin Wang,Yulu Zhang,Yong Wei,et al. Fast and one-pot synthesis of silica aerogels via a quasisolvent-exchange-free ambient pressure drying process [J]. Microporous and Mesoporous Materials,2015,218: 192-198.

[17]王寶和,李群. 氣凝膠制備的干燥技術(shù)[J].干燥技術(shù)與設(shè)備,2013(4): 18-26.

[18]Zhi Li,Lunlun Gong,Xudong Cheng,et al. Flexural silica aerogel composites strengthened with aramid fibers and their thermal behavior[J]. Materials and Design,2016,99(2016): 349-355.

[19]方文振,張虎,屈肖迪,等. 遮光劑對氣凝膠復(fù)合材料隔熱性能的影響[J]. 化工學(xué)報,2014(S1): 168-174.

[20]Lin Xu,Yonggang Jiang,Junzong Feng,et al. Infrared-opacified Al2O3-SiO2aerogel composites reinforced by SiC-coated mullite fibers for thermal insulations[J]. Ceramics International,2015,41(1): 437-442.

[21]Jinpeng Feng,Deping Chen,Wen Ni,et al. Study of IR absorption properties of fumed silica-opacifier composites[J]. Journal of Non-Crystalline Solids,2010,356: 480-483.

[22]岳曉華. 一種復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱氈墊及其制備方法：中國,CN103922643A[P]. 2014-07-16.

[23]韓露，袁磊，于景坤. SiO2納米孔隔熱材料的研究進(jìn)展[J]. 耐火材料，2012，46(2)：146-150.

[24]Hiroya Abe,Isami Abe,Kazuyoshi Sato,et al. Dry powder processing of fibrous fumed silica compacts for thermal insulation[J]. Journal of the American Ceramic Society,2005,88(5): 1359-1361.

[25]Tseng-Wen Lian,Akira Kondo,Takahiro Kozawa,et al. Effect of fumed silica properties on the thermal insulation performance of fibrous compact[J]. Ceramics International,2015,41(2015): 9966-9971.

[26]Kyung Wha Oh,Duk Ki Kim,Seong Hun Kim. Ultra-porous flexible PET/aerogel blanket for sound absorption and thermal insulation[J]. Fibers and Polymers,2009,10(5): 731-737.

[27]Mostafa Jabbari,Dan Akesson,Mikael Skrifvars,et al. Novel lightweight and highly thermally insulative silica aerogel-doped poly(vinyl chloride)-coated fabric composite[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites,2015,34(19): 1581-1592.

[28]Mohanapriya Venkataraman,Rajesh Mishra,Jakub Wiener,et al. Novel techniques to analyse thermal performance of aerogel-treated blankets under extreme temperatures[J]. The Journal of The Textile Institute,2015,106(7):736-747.

[29]陳照峰，楊勇. 一種玻璃棉氈與二氧化硅氣凝膠混合制氈的方法：中國，CN103723995A[P]. 2014-04-16.

[30]路國忠，周紅，劉月,等. 一種二氧化硅氣凝膠復(fù)合玻璃棉纖維針刺氈的制備方法：中國，CN103626467A[P]. 2014-03-12.

Research Status of SiO2Aerogel Composite with Thermal Insulation

LIANGTeng-long,ZHAOXiao-ming

(Textile Department,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387)

The performance and preparation of silica aerogel were introduced briefly,research status of silica aerogel composites with thermal insulation both at home and abroad in recent years was summarized,including the preparation and its research status of aerogel-based composites with thermal insulation reinforced with non-structural fibers and textile-based aerogel composites with thermal insulation. And the characteristics of two kinds of thermal insulation composites and their preparation technologies were analyzed. The conclusion was that textile-based aerogel composites with thermal insulation had a promising development prospect in common industries and civilian domain because of its excellent comprehensive adiabatic performance and lower cost.

silica aerogel aerogel-based composite with thermal insulation textile-based aerogel composite with thermal insulation research status

2016-10-04

國家自然科學(xué)基金項目(51206122)

梁騰隆(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：SiO2氣凝膠絕熱復(fù)合材料。

趙曉明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生導(dǎo)師。

TS102

A

1008-5580(2017)02-0238-06