具有高强度的层连间隔复合材料隔热性能研究

论文摘要

目前传统的单一结构的绝热材料难以满足民用高效节能以及工业装备等对隔热材料提出的更高要求，多功能化是今后绝热材料的发展趋势。层连间隔复合材料作为目前比较先进的三维纺织复合材料具有质量轻、耐腐蚀、阻燃、力学性能优异等特点。同时，由于其特殊的层连间隔结构，使之在保温隔热方面有很大的潜力。本课题在分析研究了层连间隔复合材料的基本热力学性能的基础上，针对其导热系数较高的不足，研究以它为骨架结构，在其间隔部分填充具有高效绝热性能的短玻璃纤维增强的SiO2气凝胶以增强隔热性能。本文研究的主要内容涉及以下四部分：（1）根据应用场合的特殊要求，选择隔热性能优良的纤维材料和树脂基体材料，设计了多种多层层连间隔织物，并对普通织样机进行了多方面的改造，织造了层连间隔织物（预制件），采用手糊成型的工艺对它进行树脂复合，制备了具有重量轻、高强度的层连间隔复合材料。（2）以正硅酸四乙酯（TEOS）为硅源，短玻璃纤维为增强材料，通过溶胶-凝胶二步法，在常压条件下制备一种可以用来均匀地填充层连间隔复合材料的短玻璃纤维增强的SiO2气凝胶绝热材料，并应用扫描电子显微镜、热失重法（TG）、垂直燃烧法、红外光谱测定、电子织物强力机、导热系数测试仪等仪器对其外观形貌、密度、孔隙率、热稳定性、阻燃性能、疏水性能、力学性能和导热系数等进行了测试。（3）通过特殊的工艺将具有高效隔热性能的二氧化硅气凝胶填充入具有高强度的层连间隔复合材料孔隙之中，构成一个有机复合材料整体，并测试了其各项基本力学性能（平压、侧拉、剪切和弯曲）和热学性能。（4）建立填充气凝胶的层连间隔复合材料的传热模型，以此推导了填充有短玻璃纤维增强的SiO2气凝胶的层连间隔复合材料的导热系数为0.0640.081W/m·K。本文制备的层连间隔复合材料不但力学性能得到改善，而且其隔热性能大大增强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 绝热材料概述
• 1.2.1 绝热材料的分类
• 1.2.2 绝热材料类型
• 1.2.3 绝热材料在各行业中的应用
• 1.2.4 隔热材料的发展趋势
• 1.3 课题理论基础
• 1.3.1 复合材料叠加效应
• 1.3.2 隔热理论基础
• 1.3.3 影响隔热性能的因素
• 1.4 课题研究的内容目的及意义
• 1.4.1 课题研究目的
• 1.4.2 设计思想
• 1.4.3 研究创新点
• 1.4.4 本论文研究内容
• 第二章 层连间隔复合材料的制备工艺研究
• 2.1 层连间隔复合材料的设计
• 2.1.1 原材料的选择
• 2.1.2 结构的设计
• 2.2 层连间隔织物的织造
• 2.2.1 织造工艺
• 2.2.2 织样机部分机构改造
• 2.2.3 织造
• 2.3 层连间隔织物的基本性能测试
• 2.4 层连间隔复合材料复合工艺
• 2.5 本章小结
• 2气凝胶绝热材料的研究'>第三章 短玻璃纤维增强的 SiO₂气凝胶绝热材料的研究
• 3.1. 二氧化硅气凝胶的隔热机理
• 3.2 二氧化硅气凝胶的制备原理
• 3.3 掺杂型短纤维二氧化硅气凝胶的制备
• 3.4 短纤维增强的二氧化硅气凝胶性能的测试
• 3.4.1 外观形貌、密度及孔隙率测量
• 3.4.2 微观形貌和粒径分析
• 3.4.3 热稳定性分析
• 3.4.4 阻燃性能
• 3.4.5 疏水性能
• 3.4.6 力学性能测试
• 3.4.7 导热系数的测定
• 3.5 本章小结
• 第四章 气凝胶填充层连间隔复合材料工艺研究及性能测试
• 4.1 气凝胶填充层连间隔复合材料的工艺的研究
• 4.2 气凝胶填充层连间隔复合材料热学性能的测试
• 4.2.1 气凝胶填充层连间隔复合材料导热系数的测定
• 4.2.2 气凝胶填充层连间隔复合材料传热模型的建立和分析
• 4.2.3 气凝胶填充层连间隔复合材料传热模型的计算
• 4.3 气凝胶填充层连间隔复合材料力学性能的测试
• 4.3.1 平压试验
• 4.3.2 侧拉实验
• 4.3.3 双层剪切实验
• 4.3.4 四点弯曲实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 论文结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢