【摘 要】
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二氧化硅（SiO2）气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、低密度及低导热系数等特点,在保温隔热等众多领域中显示出良好的应用前景。然而,纯SiO2气凝胶的高脆性极大限制了其应用范围,为扩大SiO2气凝胶的应用,亟需对其进行增强改性。本论文,以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,分别以碳纤维毡（CFF）、硅酸铝纤维毡（ASF）和经表面化学改性的短切碳纤维（RCF）为骨架增强材料,通过酸碱两步法溶胶-凝胶和常压干燥
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二氧化硅（SiO2）气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、低密度及低导热系数等特点,在保温隔热等众多领域中显示出良好的应用前景。然而,纯SiO2气凝胶的高脆性极大限制了其应用范围,为扩大SiO2气凝胶的应用,亟需对其进行增强改性。本论文,以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,分别以碳纤维毡（CFF）、硅酸铝纤维毡（ASF）和经表面化学改性的短切碳纤维（RCF）为骨架增强材料,通过酸碱两步法溶胶-凝胶和常压干燥制备了不同纤维增强的SiO2气凝胶复合材料。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积及孔径分析仪、扫描电子显微镜（SEM）等表征了不同纤维增强SiO2气凝胶复合材料的结构,进一步采用热重分析仪（TG）、电子万能试验机、导热系数测试仪、表面水接触角测试仪等测试复合材料的性能,并研究分析了不同纤维及纤维含量对气凝胶复合材料结构与性能的影响。主要研究内容及结果如下:（1）分别以CFF和ASF为增强材料制备了不同纤维毡增强的SiO2气凝胶复合材料,并分别对其结构与性能进行测试表征。FT-IR和XPS结果显示,两种纤维毡增强的SiO2气凝胶材料中均没有新的峰出现,表明纤维毡与SiO2气凝胶之间没有新的化学键生成,纤维毡仅起到物理支撑的作用。力学性能测试结果表明,CFF对SiO2气凝胶力学性能的增强效果优于ASF,当纤维毡含量为10wt.%、应变为30%时,CFF增强型气凝胶的抗压强度为1.70 MPa,约为ASF增强型气凝胶（0.48 MPa）的3.5倍。此外,两种纤维毡增强型气凝胶的抗压强度均随着纤维毡含量的增加而降低。导热系数测试结果表明,在相同纤维含量下,ASF增强型气凝胶复合材料的导热系数(0.0373～0.0479 W·m-1·K-1)低于CFF增强型(0.0387～0.0506 W·m-1·K-1),两种纤维毡增强型气凝胶的导热系数均随着纤维毡含量的增加（10～25 wt.%）而增加。此外,表面水接触角测试结果表明,两种纤维毡增强型SiO2气凝胶复合材料在经三甲基氯硅烷（TMCS）疏水改性后,水接触角均大于140°。（2）以经过表面化学改性的碳纤维（RCF）为增强材料,制备了RCF/SiO2气凝胶复合材料（RCF/SA）,并对其结构与性能进行测试表征。RCF/SA复合材料的FT-IR与XPS谱图中出现了新的峰,说明RCF/SA中有新的化学键生成,RCF与SiO2之间存在化学作用。力学性能与导热系数测试结果表明,随着RCF含量从0.5 wt.%增加到2 wt.%,气凝胶复合材料的力学性能逐渐增加,导热系数也呈现逐渐增加的趋势。当RCF含量为1 wt.%时,气凝胶复合材料具有较好的力学性能,压缩模量为2.38 MPa,屈服强度为0.12 MPa,较低的导热系数(0.0346 W·m-1·K-1)和较低的密度（0.242 g/cm~3）,综合性能达到最佳。此外,水接触角测试结果表明,RCF/SA还具有良好的疏水性能,当RCF为1 wt.%和1.5 wt.%时,表面水接触角均大于150°,达到了超疏水的性能。
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