【摘 要】
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飞机火灾事故频发,造成巨大的人员伤亡和财产损失,消防员作为飞机火灾救援中的主力军,而消防服则是消防队员生命安全的重要保障,气凝胶的引入为改良消防服提供了新的思路。气凝胶是一种具有三维纳米网络结构的多孔固体材料,其具有低密度、低导热率、高比表面积、高孔隙率等特点。对位芳纶(Kevlar)是一种具有良好耐热和阻燃性能的有机高聚物。将Kevlar制备成气凝胶纤维势必兼具两种材料的优势,在热防护领域,特别
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飞机火灾事故频发,造成巨大的人员伤亡和财产损失,消防员作为飞机火灾救援中的主力军,而消防服则是消防队员生命安全的重要保障,气凝胶的引入为改良消防服提供了新的思路。气凝胶是一种具有三维纳米网络结构的多孔固体材料,其具有低密度、低导热率、高比表面积、高孔隙率等特点。对位芳纶(Kevlar)是一种具有良好耐热和阻燃性能的有机高聚物。将Kevlar制备成气凝胶纤维势必兼具两种材料的优势,在热防护领域,特别是高温个体防护方面具有广阔应用前景,不仅能能够提高所述装备的热防护性能,同时还可以显著减轻作业人员的工作负荷。但是,气凝胶材料普遍存在力学性能差等缺点,制约了其进一步发展。鉴于此,本研究致力于增强Kevlar气凝胶纤维的力学性能。首先,选用间位芳纶(Nomex)和Kevlar,采用湿纺技术制备了具有芯壳结构的同轴气凝胶纤维,并将其编织成热防护面料,对其微观结构、孔径分布、力学性能、耐热性能、隔热性能等进行了分析讨论。研究结果显示该同轴气凝胶纤维具有较高的力学性能(1.74 MPa)、良好的耐热性能(380℃内几乎不分解)、优异的隔热性能(300℃时的内外温差为80℃),验证了该同轴气凝胶作为隔热材料的可能性和可行性。为了进一步提高同轴纤维芯层和壳层的兼容性,本研究将高浓度的Kevlar分散液替代Nomex溶液,制备了对位芳纶同轴气凝胶纤维。研究结果显示,该同轴气凝胶纤维相较于前文中的气凝胶纤维具有更高的力学性能(2.35 MPa)、耐热性能(500℃内几乎不分解)和隔热性能(300℃时的内外温差为110℃)。此外,本研究还采用了扁针湿法纺丝策略,通过提高气凝胶纤维截面积的方式以达到提升气凝胶纤维的力学性能的目的,制备了Kevlar气凝胶纤维带,并对其各项性能进行了测试表征。结果表明,气凝胶纤维带继承了原有气凝胶纤维的力学性能、耐热性能和隔热性能,并且其特殊的梭形截面结构,使得编织的面料更为平整,其在热防护服领域具有巨大的应用潜力。
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