CN111302760A - 莫来石晶须/纤维协同增强二氧化硅气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用 - Google Patents
莫来石晶须/纤维协同增强二氧化硅气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111302760A CN111302760A CN201811512787.4A CN201811512787A CN111302760A CN 111302760 A CN111302760 A CN 111302760A CN 201811512787 A CN201811512787 A CN 201811512787A CN 111302760 A CN111302760 A CN 111302760A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sio
- fiber
- composite structure
- mullite
- aerogel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 174
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 132
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 132
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 94
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000004965 Silica aerogel Substances 0.000 title description 3
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 62
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 59
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims description 39
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 35
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 34
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 25
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 24
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 22
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 22
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 15
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 15
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 15
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 15
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 claims description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 10
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 10
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000011208 reinforced composite material Substances 0.000 claims description 7
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 6
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 5
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000000696 nitrogen adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 2
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B30/00—Compositions for artificial stone, not containing binders
- C04B30/02—Compositions for artificial stone, not containing binders containing fibrous materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/46—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with organic materials
- C04B41/49—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes
- C04B41/4905—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon
- C04B41/4922—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon applied to the substrate as monomers, i.e. as organosilanes RnSiX4-n, e.g. alkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane
- C04B41/4933—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Organo-clay compounds; Organo-silicates, i.e. ortho- or polysilicic acid esters ; Organo-phosphorus compounds; Organo-inorganic complexes containing silicon applied to the substrate as monomers, i.e. as organosilanes RnSiX4-n, e.g. alkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane containing halogens, i.e. organohalogen silanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/60—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only artificial stone
- C04B41/61—Coating or impregnation
- C04B41/62—Coating or impregnation with organic materials
- C04B41/64—Compounds having one or more carbon-to-metal of carbon-to-silicon linkages
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/40—Porous or lightweight materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/30—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values
- C04B2201/32—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values for the thermal conductivity, e.g. K-factors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用，通过物理和化学方法将莫来石晶须/纤维增强体和SiO2气凝胶结合，通过微米和亚微米尺度协同增强可以制备出具有一定回弹性能、机械强度和低导热系数的多尺度复合结构。避免了单一尺度纤维增强存在的缺陷、纯SiO2气凝胶机械性能不佳无法满足实际应用需求，降低了SiO2气凝胶复合材料的制备条件。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷组合物技术领域，特别是涉及一种莫来石晶须/纤维协同增强二氧化硅(SiO2)气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用。
背景技术
纤维增强法作为一种有效的提高SiO2气凝胶机械性能的方法被广泛使用，但目前使用的短纤维和长纤维都存在不足。短纤维增强虽然提升了气凝胶材料的机械性能，但短纤维与气凝胶材料的结合性较差，材料整体脆性依然较大。长纤维增强虽明显提高了气凝胶的强度和韧性，但在外加载荷作用下纤维与气凝胶易分离，难以满足长期使用要求。
莫来石材料具有较好的耐高温性能，抗高温蠕变性能，抗热震性能，较高的化学稳定性，以及良好的机械性能。晶须作为一种由高纯度单晶生长而成的微米级短纤维，在其晶体结构内部原子排列高度有序，具有高强度、高模量特性。通过结合长纤维增强和短纤维增强的优势，使用原位化学气象沉积的方法在纤维上生长晶须实现长纤维和短纤维结合、优势互补，达到微米和亚微米尺度协同增强的效果。
SiO2气凝胶是迄今为止研究最多的气凝胶材料之一。该材料的超低密度、低热导率、高比表面积、高孔隙率、超低介电常数和较低折射系数等优异性能使其在诸多领域均具有应用前景。然而，纯SiO2气凝胶独特的疏松多孔网络骨架结构是通过前驱体缩合形成的氧共价键结构，共价键自身的弱应变性使气凝胶材料脆性大、机械性能不佳，导致一定外力下气凝胶自身结构坍塌、失效等问题，这一缺陷极大地限制了SiO2气凝胶的单独使用。同时，超临界干燥作为一种常用的气凝胶制备方法具有成本高、设备复杂、无法满足大规模批量生产的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的短纤维或长纤维与SiO2气凝胶复合均存在缺陷的问题，而提供一种莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用，通过物理和化学方法将莫来石晶须/纤维增强体和SiO2气凝胶结合，通过微米和亚微米尺度协同增强可以制备出具有一定回弹性能、机械强度和低导热系数的多尺度复合结构。有效提高气凝胶材料的回弹性能和机械强度，使其制作条件下降，成为可大规模生产的优秀的隔热材料。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料；
(2)制备SiO2溶胶；
(3)缓慢向步骤(2)制备的SiO2溶胶中加入氨水调节pH值为5～6，将调节pH值后的溶胶倒入盛有步骤(1)中得到的莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料的烧杯中，其中SiO2溶胶过量，然后在真空条件下浸渍0.5h～1h，缓慢取出并静置，直至SiO2溶胶完全凝胶，得到SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料；
(4)将步骤(3)中所得SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料进行老化过程，以无水乙醇为老化液，将SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料浸入过量老化液中，密闭条件下进行梯度老化，老化过程分两天进行，第一天老化温度为40-50℃，第二天老化温度为50-70℃，一天为24小时；
(5)将步骤(4)中老化后的湿凝胶复合结构进行溶剂置换，以正己烷为溶剂置换剂，将老化后的湿凝胶复合结构浸泡在正己烷中进行密闭条件下的溶剂置换，每次溶剂置换时间为8-14小时，持续24-36小时；
(6)将步骤(5)中溶剂置换后的湿凝胶复合结构进行表面改性，将溶剂置换后的湿凝胶复合结构浸泡在过量的表面改性液中，密闭条件下进行20-30小时表面改性；
(7)将步骤(6)中表面改性后的湿凝胶复合结构进行清洗；
(8)将步骤(7)中清洗后的湿凝胶复合结构进行常压干燥，采用梯度干燥法，在60℃、80℃、110℃条件下分别干燥2-4小时，最后得到莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构。
在上述技术方案中，所述步骤(6)中以三甲基氯硅烷/正己烷为表面改性液，三甲基氯硅烷/正己烷的摩尔浓度为1.16mol/L的三甲基氯硅烷/正己烷,所述步骤(7)中以正己烷为清洗剂。
在上述技术方案中，所述步骤(1)中莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称量硅溶胶，向其中添加去离子水予以稀释，搅拌均匀得到硅溶胶稀释液，硅溶胶稀释液的浓度为0.033mol/L～0.17mol/L；再将硅酸铝纤维毡浸入硅溶胶稀释液，在真空条件下浸渍0.5-1h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液成为固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
2)称量硝酸铝，以去离子水为溶剂配制硝酸铝溶液，其浓度为0.10mol/L～0.50mol/L；该硝酸铝溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的3倍；再将步骤(1)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入硝酸铝溶液，在真空条件下浸渍0.5h-1h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
3)称量氟化铵，以去离子水为溶剂，配制氟化铵溶液，其浓度为0.40mol/L～2.00mol/L；该氟化铵溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的12倍；再将步骤(2)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入氟化铵溶液，在真空条件下浸渍0.5h-1h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
4)将步骤(3)中干燥好的硅酸铝纤维毡在1200℃条件下进行热处理2小时，在硅酸铝纤维毡的纤维上原位生长出针状莫来石晶须，得到莫来石晶须/纤维多尺度复合材料。
在上述技术方案中，所述步骤(2)中SiO2溶胶的制备过程，包括以下步骤：
a、称量正硅酸乙酯于烧杯中，缓慢向其中加入无水乙醇、N，N-二甲基甲酰胺和去离子水，搅拌均匀，其中正硅酸乙酯、无水乙醇、N，N-二甲基甲酰胺和去离子水的摩尔比为1：8：0.75：6；
b、向步骤a中得到的溶液中滴入HCl调节溶液pH值为3～4，搅拌均匀，得到SiO2溶液；
c、将步骤b中得到的SiO2溶液置于密闭条件的60℃恒温水浴中，搅拌5小时，得到SiO2溶胶。
本发明的另一方面，还包括通过所述方法制备得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构，SiO2气凝胶包裹在莫来石晶须/纤维上，晶须为莫来石相，纤维为莫来石和硅酸铝混合相，莫来石晶须长度为2-8μm，莫来石晶须直径为0.2-0.42μm，所述莫来石晶须的长径比为10-37。
在上述技术方案中，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的孔结构为有序介孔结构。
在上述技术方案中，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的比表面积为900-950m2/g。
在上述技术方案中，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构中的硅酸铝纤维、莫来石晶须、SiO2气凝胶的质量比为1：(0.0029-0.020)：(0.67-0.8)。
本发明的另一方面，还包括所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在高温隔热材料中的应用。
在上述技术方案中，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的热导率为0.0322-0.0341W/(m·K)。
在上述技术方案中，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在30％应变下，应力值为0.335-0.612Mpa。
在上述技术方案中，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在30％应变下，回弹值为65.77-90.39％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过物理和化学方法将莫来石晶须/纤维增强体和SiO2气凝胶结合，通过微米和亚微米尺度协同增强可以制备出具有一定回弹性能、机械强度和低导热系数的多尺度复合结构。避免了单一尺度纤维增强存在的缺陷、纯SiO2气凝胶机械性能不佳无法满足实际应用需求，降低了SiO2气凝胶复合材料的制备条件。
附图说明
图1是未经处理的的硅酸铝纤维毡SEM图像；
图2是实施例1中的莫来石晶须/纤维SEM图像；
图3是实施例2中的莫来石晶须/纤维SEM图像；
图4是实施例3中的莫来石晶须/纤维SEM图像；
图5是实施例1中莫来石晶须/纤维增强SiO2气凝胶多尺度复合结构SEM图像；
图6是实施例2中莫来石晶须/纤维增强SiO2气凝胶多尺度复合结构SEM图像；
图7是实施例3中莫来石晶须/纤维增强SiO2气凝胶多尺度复合结构SEM图像；
图8是实施例1中莫来石晶须/纤维增强SiO2气凝胶多尺度复合结构压缩-回弹曲线；
图9是实施例2中莫来石晶须/纤维增强SiO2气凝胶多尺度复合结构压缩-回弹曲线；
图10是实施例3中莫来石晶须/纤维增强SiO2气凝胶多尺度复合结构压缩-回弹曲线；
图11是实施例2的氮气吸附-解吸等温线；
图12是不同浸渍浓度下莫来石晶须/纤维XRD图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)称量硅溶胶，向其中添加去离子水予以稀释，搅拌均匀得到硅溶胶稀释液，硅溶胶稀释液的浓度为0.033mol/L；再将硅酸铝纤维毡(未经处理的的硅酸铝纤维毡SEM图像如图1所示)浸入硅溶胶稀释液，在真空条件下浸渍0.5，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液成为固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(2)称量硝酸铝，以去离子水为溶剂配制硝酸铝溶液，其浓度为0.10mol/L；该硝酸铝溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的3倍；再将步骤(1)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入硝酸铝溶液，在真空条件下浸渍0.5h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(3)称量氟化铵，以去离子水为溶剂，配制氟化铵溶液，其浓度为0.40mol/L；该氟化铵溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的12倍；再将步骤(2)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入氟化铵溶液，在真空条件下浸渍0.5小时，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(4)将步骤(3)中干燥好的硅酸铝纤维毡在1200℃条件下进行热处理2小时，在硅酸铝纤维毡的纤维上原位生长出针状莫来石晶须，得到莫来石晶须/纤维多尺度复合材料；
(5)称量正硅酸乙酯10.4g于烧杯中，缓慢向其中加入18.4g无水乙醇，再向其中加入2.74g N，N-二甲基甲酰胺，5.4g去离子水，搅拌均匀；
(6)向(5)中得到的溶液中滴入少量稀HCl至溶液pH值为4，搅拌均匀。得到SiO2溶液；
(7)将(6)中得到的SiO2溶液置于密闭条件的60℃恒温水浴中，搅拌5小时，得到SiO2溶胶；
(8)缓慢向(7)制备的SiO2溶胶中加入氨水调节pH值为6，将调节pH值后的溶胶倒入盛有(4)中得到的莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料的烧杯中，其中SiO2溶胶过量，然后在真空条件下浸渍0.5小时，缓慢取出并静置，直至SiO2溶胶完全凝胶，得到SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料；
(9)以无水乙醇为老化液，将(8)中制备的SiO2湿凝胶混合材料浸入过量老化液中，密闭条件下进行梯度老化，老化过程分两天进行，第一天老化温度为45℃，第二天老化温度为60℃，一天为24小时；
(10)以正己烷为溶剂置换剂，将(9)中制备的老化后的湿凝胶复合结构浸泡在正己烷中进行密闭条件下的溶剂置换，每次溶剂置换时间为12小时，持续24小时；
(11)以三甲基氯硅烷为表面改性剂，配摩尔浓度为1.16mol/L的三甲基氯硅烷/正己烷表面改性液，将(10)中制备的溶剂置换后的湿凝胶复合结构浸泡在过量的上述表面改性液中，密闭条件下进行24小时表面改性；
(12)以正己烷为清洗剂，将(11)中制备的表面改性后的湿凝胶复合结构进行清洗，洗涤4次，每次12小时；
(13)采用梯度干燥法，将(12)中制备的清洗后的湿凝胶复合结构进行常压干燥，在60℃、80℃、110℃条件下分别干燥3小时，最后得到莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构如图5所示。
本实施例的莫来石纤维/莫来石晶须/SiO2气凝胶多级结构中硅酸铝纤维含量为1.42g，莫来石晶须含量为0.0041g，气凝胶填充量为1.04g。莫来石晶须含量通过莫来石晶须/纤维结构质量减去之前硅酸铝纤维的质量得到，气凝胶的质量通过莫来石晶须/纤维/氧化硅气凝胶减去莫来石晶须/纤维的质量得到。
本实施例中步骤(4)热处理过程中，会生成气态氟化铝和氟化硅，进而生成液相氟黄玉相，在1200℃下氟黄玉相向莫来石相转变，生成莫来石相晶须，由于本实验反应物引入量较少，导致生成莫来石晶须的富氟气氛的过饱和度较低，最终得到长度较小的莫来石晶须，本实施例的莫来石晶须/纤维多尺度增强体的SEM图像如图2所示。莫来晶须长度2μm，晶须直径0.2μm，长径比10。
对本实施例得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构进行压缩回弹性能测试，发现压缩回弹性能如图8所示。可得到本实施例得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在10％、20％、30％应变下，应力值分别为0.065MPa、0.166MPa、0.335MPa，回弹值分别为91.77％、91.70％、90.39％。
通过测试得到本实施例得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的热导率为0.0322W/(m·K)。
实施例2
(1)称量硅溶胶，向其中添加去离子水予以稀释，搅拌均匀得到硅溶胶稀释液，硅溶胶稀释液的浓度为0.10mol/L；再将硅酸铝纤维毡浸入硅溶胶稀释液，在真空条件下浸渍0.5，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液成为固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(2)称量硝酸铝，以去离子水为溶剂配制硝酸铝溶液，其浓度为0.30mol/L；该硝酸铝溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的3倍；再将步骤(1)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入硝酸铝溶液，在真空条件下浸渍0.5h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(3)称量氟化铵，以去离子水为溶剂，配制氟化铵溶液，其浓度为1.20mol/L；该氟化铵溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的12倍；再将步骤(2)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入氟化铵溶液，在真空条件下浸渍0.5小时，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(4)将步骤(3)中干燥好的硅酸铝纤维毡在1200℃条件下进行热处理2小时，在硅酸铝纤维毡的纤维上原位生长出针状莫来石晶须，得到莫来石晶须/纤维多尺度复合材料；
(5)称量正硅酸乙酯10.4g于烧杯中，缓慢向其中加入18.4g无水乙醇，再向其中加入2.74g N，N-二甲基甲酰胺，5.4g去离子水，搅拌均匀；
(6)向(5)中得到的溶液中滴入少量稀HCl至溶液pH值为4，搅拌均匀。得到SiO2溶液；
(7)将(6)中得到的SiO2溶液置于密闭条件的60℃恒温水浴中，搅拌5小时，得到SiO2溶胶；
(8)缓慢向(7)制备的SiO2溶胶中加入氨水调节pH值为6，将调节pH值后的溶胶倒入盛有(4)中得到的莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料的烧杯中，其中SiO2溶胶过量，然后在真空条件下浸渍0.5小时，缓慢取出并静置，直至SiO2溶胶完全凝胶，得到SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料；
(9)以无水乙醇为老化液，将(8)中制备的SiO2湿凝胶混合材料浸入过量老化液中，密闭条件下进行梯度老化，老化过程分两天进行，第一天老化温度为45℃，第二天老化温度为60℃，一天为24小时；
(10)以正己烷为溶剂置换剂，将(9)中制备的老化后的湿凝胶复合结构浸泡在正己烷中进行密闭条件下的溶剂置换，每次溶剂置换时间为12小时，持续24小时；
(11)以三甲基氯硅烷为表面改性剂，配摩尔浓度为1.16mol/L的三甲基氯硅烷/正己烷表面改性液，将(10)中制备的溶剂置换后的湿凝胶复合结构浸泡在过量的上述表面改性液中，密闭条件下进行24小时表面改性；
(12)以正己烷为清洗剂，将(11)中制备的表面改性后的湿凝胶复合结构进行清洗，洗涤4次，每次12小时；
(13)采用梯度干燥法，将(12)中制备的清洗后的湿凝胶复合结构进行常压干燥，在60℃、80℃、110℃条件下分别干燥3小时，最后得到莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构如图6所示。
本实施例的莫来石纤维/莫来石晶须/SiO2气凝胶多级结构中硅酸铝纤维含量为1.35g，莫来石晶须含量为0.010g，气凝胶填充量为1.07g。
实施例2的浸渍液中硅溶胶、硝酸铝和氟化铵的含量较实施例1有所增加。晶须由实施例1中的细小、不连续分布变为实施例2中的段棒状、连续分布，晶须的长度较实施例1有所增长，晶须分布更为致密，如图3所示。例2晶须长度3.34μm，晶须直径0.33μm，长径比10。
并且和例1相比，SiO2气凝胶更为完全的包裹到莫来石晶须/纤维上，沿纤维方向的开裂现象减少，说明莫来石晶须/纤维与SiO2气凝胶结合性增加。对莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构进行压缩回弹性能测试，测试结果如图9所示，可得到本实施例得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在10％、20％、30％应变下，应力值分别为0.057MPa、0.187MPa、0.371MPa，回弹值分别为83.32％、83.40％、78.77％。相比于例1，在相同压缩比下应力值有一定提高，即莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的强度增加。
本实施例的氮气吸附-解吸等温线如图11所示，该曲线均为Ⅳ类吸附等温线，该类曲线是介孔结构材料的特征，同时该样品具有H1型回滞环，孔结构为有序介孔结构，即为介孔材料。
测量本实施例莫来石纤维/莫来石晶须/气凝胶材料的比表面积为916.668m2/g。
通过测试得到本实施例得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的热导率为0.0323W/(m·K)。
实施例3
(1)称量硅溶胶，向其中添加去离子水予以稀释，搅拌均匀得到硅溶胶稀释液，硅溶胶稀释液的浓度为0.17mol/L；再将硅酸铝纤维毡浸入硅溶胶稀释液，在真空条件下浸渍0.5，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液成为固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(2)称量硝酸铝，以去离子水为溶剂配制硝酸铝溶液，其浓度为0.50mol/L；该硝酸铝溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的3倍；再将步骤(1)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入硝酸铝溶液，在真空条件下浸渍0.5h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(3)称量氟化铵，以去离子水为溶剂，配制氟化铵溶液，其浓度为2.00mol/L；该氟化铵溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的12倍；再将步骤(2)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入氟化铵溶液，在真空条件下浸渍0.5小时，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
(4)将步骤(3)中干燥好的硅酸铝纤维毡在1200℃条件下进行热处理2小时，在硅酸铝纤维毡的纤维上原位生长出针状莫来石晶须，得到莫来石晶须/纤维多尺度复合材料；
(5)称量正硅酸乙酯10.4g于烧杯中，缓慢向其中加入18.4g无水乙醇，再向其中加入2.74g N，N-二甲基甲酰胺，5.4g去离子水，搅拌均匀；
(6)向(5)中得到的溶液中滴入少量稀HCl至溶液pH值为4，搅拌均匀。得到SiO2溶液；
(7)将(6)中得到的SiO2溶液置于密闭条件的60℃恒温水浴中，搅拌5小时，得到SiO2溶胶；
(8)缓慢向(7)制备的SiO2溶胶中加入氨水调节pH值为6，将调节pH值后的溶胶倒入盛有(4)中得到的莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料的烧杯中，其中SiO2溶胶过量，然后在真空条件下浸渍0.5小时，缓慢取出并静置，直至SiO2溶胶完全凝胶，得到SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料；
(9)以无水乙醇为老化液，将(8)中制备的SiO2湿凝胶混合材料浸入过量老化液中，密闭条件下进行梯度老化，老化过程分两天进行，第一天老化温度为45℃，第二天老化温度为60℃，一天为24小时；
(10)以正己烷为溶剂置换剂，将(9)中制备的老化后的湿凝胶复合结构浸泡在正己烷中进行密闭条件下的溶剂置换，每次溶剂置换时间为12小时，持续24小时；
(11)以三甲基氯硅烷为表面改性剂，配摩尔浓度为1.16mol/L的三甲基氯硅烷/正己烷表面改性液，将(10)中制备的溶剂置换后的湿凝胶复合结构浸泡在过量的上述表面改性液中，密闭条件下进行24小时表面改性；
(12)以正己烷为清洗剂，将(11)中制备的表面改性后的湿凝胶复合结构进行清洗，洗涤4次，每次12小时；
(13)采用梯度干燥法，将(12)中制备的清洗后的湿凝胶复合结构进行常压干燥，在60℃、80℃、110℃条件下分别干燥3小时，最后得到莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构如图7所示。
本实施例步骤(4)中经过热处理后，莫来石晶须长径比大于实施例1和实施例2，得到的莫来石晶须/纤维结构的SEM图像如图4所示。晶须长度8μm，晶须直径0.42μm，长径比37。
本实施例的莫来石纤维/莫来石晶须/SiO2气凝胶多级结构中莫来石纤维含量为1.36g，莫来石晶须含量为0.027g，气凝胶填充量为1.17g。
和前两例相比，SiO2气凝胶更为完全的包裹到莫来石晶须/纤维上，SiO2气凝胶以更为完整的形式出现，裂纹数目明显减少。对莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构进行压缩回弹性能测试，测试结果如图10所示，可得到本实施例得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在10％、20％、30％应变下，应力值分别为0.171MPa、0.338MPa、0.612MPa，回弹值分别为86.25％、77.81％、65.77％。发现在相同压缩比下应力值进一步提高，即莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的强度增加，但同时压缩-回弹能力下降，即莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构更易发生不可恢复形变。
通过测试得到本实施例得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的热导率为0.0341W/(m·K)。
通过对实施例1至实施例3中莫来石晶须/纤维多尺度复合材料的物象组成进行分析，得到图12所示不同浸渍浓度下莫来石晶须/纤维XRD图。从XRD图中可知，未经热处理的原始纤维毡中含有一定结晶度Al2O3和无定形SiO2。经过1200℃保温2h的热处理后，Al2O3峰减弱。随浸渍浓度提升，氧化铝峰减弱程度增加，当Al(NO3)3浸渍浓度为0.5mol/L时出现明显的莫来石相。结合图1至图4说明，莫来石晶须/纤维多尺度复合材料中，晶须为莫来石相，纤维为莫来石和硅酸铝混合相。
本发明在硅酸铝纤维毡上生成莫来石晶须，最终实现莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的制备方法，适用于所有硅酸铝纤维多孔材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料；
(2)制备SiO2溶胶；
(3)缓慢向步骤(2)制备的SiO2溶胶中加入氨水调节pH值为5～6，将调节pH值后的溶胶倒入盛有步骤(1)中得到的莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料的烧杯中，其中SiO2溶胶过量，然后在真空条件下浸渍0.5h～1h，缓慢取出并静置，直至SiO2溶胶完全凝胶，得到SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料；
(4)将步骤(3)中所得SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料进行老化过程，以无水乙醇为老化液，将SiO2湿凝胶和莫来石晶须/纤维的混合材料浸入过量老化液中，密闭条件下进行梯度老化，老化过程分两天进行，第一天老化温度为40-50℃，第二天老化温度为50-70℃，一天为24小时；
(5)将步骤(4)中老化后的湿凝胶复合结构进行溶剂置换，以正己烷为溶剂置换剂，将老化后的湿凝胶复合结构浸泡在正己烷中进行密闭条件下的溶剂置换，每次溶剂置换时间为8-14小时，持续24-36小时；
(6)将步骤(5)中溶剂置换后的湿凝胶复合结构进行表面改性，将溶剂置换后的湿凝胶复合结构浸泡在过量的表面改性液中，密闭条件下进行20-30小时表面改性；
(7)将步骤(6)中表面改性后的湿凝胶复合结构进行清洗；
(8)将步骤(7)中清洗后的湿凝胶复合结构进行常压干燥，采用梯度干燥法，在60℃、80℃、110℃条件下分别干燥2-4小时，最后得到莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构。
2.如权利要求1所述的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中以三甲基氯硅烷/正己烷为表面改性液，三甲基氯硅烷/正己烷的摩尔浓度为1.16mol/L的三甲基氯硅烷/正己烷,所述步骤(7)中以正己烷为清洗剂。
3.如权利要求1所述的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中莫来石晶须/纤维多尺度协同增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称量硅溶胶，向其中添加去离子水予以稀释，搅拌均匀得到硅溶胶稀释液，硅溶胶稀释液的浓度为0.033mol/L～0.17mol/L；再将硅酸铝纤维毡浸入硅溶胶稀释液，在真空条件下浸渍0.5-1h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液成为固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
2)称量硝酸铝，以去离子水为溶剂配制硝酸铝溶液，其浓度为0.10mol/L～0.50mol/L；该硝酸铝溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的3倍；再将步骤(1)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入硝酸铝溶液，在真空条件下浸渍0.5h-1h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
3)称量氟化铵，以去离子水为溶剂，配制氟化铵溶液，其浓度为0.40mol/L～2.00mol/L；该氟化铵溶液的浓度为步骤(1)中硅溶胶稀释液浓度的12倍；再将步骤(2)中干燥好的硅酸铝纤维毡浸入氟化铵溶液，在真空条件下浸渍0.5h-1h，然后将其在0℃以下冷冻至浸渍液冻成固体，随后将冷冻后的固体置于冷冻干燥器中进行冷冻干燥；
4)将步骤(3)中干燥好的硅酸铝纤维毡在1200℃条件下进行热处理2小时，在硅酸铝纤维毡的纤维上原位生长出针状莫来石晶须，得到莫来石晶须/纤维多尺度复合材料。
4.如权利要求1所述的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中SiO2溶胶的制备过程，包括以下步骤：
a、称量正硅酸乙酯于烧杯中，缓慢向其中加入无水乙醇、N，N-二甲基甲酰胺和去离子水，搅拌均匀，其中正硅酸乙酯、无水乙醇、N，N-二甲基甲酰胺和去离子水的摩尔比为1：8：0.75：6；
b、向步骤a中得到的溶液中滴入HCl调节溶液pH值为3～4，搅拌均匀，得到SiO2溶液；
c、将步骤b中得到的SiO2溶液置于密闭条件的60℃恒温水浴中，搅拌5小时，得到SiO2溶胶。
5.通过如权利要求1中任一项所述方法制备得到的莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构，其特征在于，SiO2气凝胶包裹在莫来石晶须/纤维上，晶须为莫来石相，纤维为莫来石和硅酸铝混合相，莫来石晶须长度为2-8μm，莫来石晶须直径为0.2-0.42μm，所述莫来石晶须的长径比为10-37。
6.如权利要求5所述的所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构，其特征在于，孔结构为有序介孔结构。
7.如权利要求5所述的所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构，其特征在于，比表面积为900-950m2/g。
8.如权利要求5所述的所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构，其特征在于，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构中的硅酸铝纤维、莫来石晶须、SiO2气凝胶的质量比为1：(0.0029-0.020)：(0.67-0.8)。
9.如权利要求5-8中任一项所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在高温隔热材料中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构的热导率为0.0322-0.0341W/(m·K)；
所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在30％应变下，应力值为0.335-0.612Mpa；
所述莫来石晶须/纤维协同增强SiO2气凝胶多尺度复合结构在30％应变下，回弹值为65.77-90.39％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811512787.4A CN111302760A (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 莫来石晶须/纤维协同增强二氧化硅气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811512787.4A CN111302760A (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 莫来石晶须/纤维协同增强二氧化硅气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111302760A true CN111302760A (zh) | 2020-06-19 |
Family
ID=71157869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811512787.4A Pending CN111302760A (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 莫来石晶须/纤维协同增强二氧化硅气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111302760A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112079618A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | 南京工业大学 | 一种改性氧化硅气凝胶隔热片的制备方法 |
| CN115124976A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-30 | 淄博众晓新材料科技有限公司 | 一种复合相变凝胶保温蓄能材料及其制备方法 |
| WO2023202700A1 (zh) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | 中科润资(重庆)气凝胶技术研究院有限公司 | 一种枝晶增强的气凝胶隔热复合材料 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103011745A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-04-03 | 天津大学 | 二氧化硅气凝胶隔热复合材料及制备方法 |
| US20140044929A1 (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | Aspen Aerogels, Inc. | Segmented flexible gel composites and rigid panels manufactured therefrom |
| CN104402395A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-03-11 | 四川睿光科技有限责任公司 | 一种纤维增强柔性SiO2气凝胶绝热材料及其制备方法 |
| CN104446306A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-03-25 | 广州大学 | 一种亚微米无机晶须气凝胶隔热复合材料及其制备方法 |
| CN105236912A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 武汉理工大学 | 一种复合纤维增强疏水SiO2气凝胶及其制备方法 |
| CN105274623A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-01-27 | 天津大学 | 真空浸渍结合冷冻干燥原位生长莫来石晶须的方法 |
| CN106119966A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 天津大学 | 在富铝纤维毡上原位生长莫来石晶须的方法 |
| CN106565224A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-04-19 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种莫来石纤维增强二氧化硅气凝胶的方法 |
-
2018
- 2018-12-11 CN CN201811512787.4A patent/CN111302760A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140044929A1 (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | Aspen Aerogels, Inc. | Segmented flexible gel composites and rigid panels manufactured therefrom |
| CN103011745A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-04-03 | 天津大学 | 二氧化硅气凝胶隔热复合材料及制备方法 |
| CN104446306A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-03-25 | 广州大学 | 一种亚微米无机晶须气凝胶隔热复合材料及其制备方法 |
| CN104402395A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-03-11 | 四川睿光科技有限责任公司 | 一种纤维增强柔性SiO2气凝胶绝热材料及其制备方法 |
| CN105236912A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 武汉理工大学 | 一种复合纤维增强疏水SiO2气凝胶及其制备方法 |
| CN105274623A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-01-27 | 天津大学 | 真空浸渍结合冷冻干燥原位生长莫来石晶须的方法 |
| CN106119966A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 天津大学 | 在富铝纤维毡上原位生长莫来石晶须的方法 |
| CN106565224A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-04-19 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种莫来石纤维增强二氧化硅气凝胶的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孙登科: "硅气凝胶纤维复合毡的制备", 《企业技术开发》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112079618A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | 南京工业大学 | 一种改性氧化硅气凝胶隔热片的制备方法 |
| WO2023202700A1 (zh) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | 中科润资(重庆)气凝胶技术研究院有限公司 | 一种枝晶增强的气凝胶隔热复合材料 |
| CN115124976A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-09-30 | 淄博众晓新材料科技有限公司 | 一种复合相变凝胶保温蓄能材料及其制备方法 |
| CN115124976B (zh) * | 2022-07-19 | 2023-12-05 | 淄博众晓新材料科技有限公司 | 一种复合相变凝胶保温蓄能材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111302760A (zh) | 莫来石晶须/纤维协同增强二氧化硅气凝胶多尺度复合结构及其制备方法和应用 | |
| CN109320193A (zh) | 莫来石纤维/莫来石晶须/二氧化硅气凝胶多级结构及其制备方法和应用 | |
| CN112457037B (zh) | 一种基于液相法制备莫来石纤维晶须多孔增强体增强氧化硅气凝胶复合材料的性能及应用 | |
| TW434186B (en) | Ordered mesoporous thin films | |
| Lei et al. | Fabrication of well-ordered macroporous active carbon with a microporous framework | |
| CN105274623B (zh) | 真空浸渍结合冷冻干燥原位生长莫来石晶须的方法 | |
| Zheng et al. | Assembly of silica aerogels within silica nanofibers: towards a super-insulating flexible hybrid aerogel membrane | |
| CN111848205B (zh) | 一种常压干燥制备耐高温气凝胶隔热材料的方法 | |
| JPH08504674A (ja) | 化学表面改質による高気孔質キセロゲルの製造 | |
| JP6999114B2 (ja) | ゼオライト分離膜およびその製造方法 | |
| JP2007045691A (ja) | メソポーラス複合体およびその製造方法 | |
| Yue et al. | One pot rapid synthesis of ultra high strength hydrophobic bulk silica aerogels | |
| JP7352769B2 (ja) | 断熱材とその製造方法とそれを用いた電子機器と自動車 | |
| CN110467207B (zh) | 一种勃姆石纳米棒气凝胶的制备方法 | |
| Di Luigi et al. | Scalable and robust silica aerogel materials from ambient pressure drying | |
| Di Luigi et al. | Manufacturing silica aerogel and cryogel through ambient pressure and freeze drying | |
| CN106119966A (zh) | 在富铝纤维毡上原位生长莫来石晶须的方法 | |
| Wu et al. | SiO2 aerogel multiscale reinforced by glass fibers and SiC nanowhiskers for thermal insulation | |
| CN115448732B (zh) | 一种氮化硅纤维增强透波陶瓷材料及其制备方法 | |
| Shin et al. | Conversion of cellulose materials into nanostructured ceramics by biomineralization | |
| CN109721322A (zh) | 改性硅藻土-二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113307306B (zh) | 复合硅石气凝胶材料及其制备方法与应用 | |
| Gao et al. | Mechanical properties of aerogel-ceramic fiber composites | |
| CN112456962A (zh) | 一种莫来石纤维晶须增强体的无氟制备方法及其制备的气凝胶 | |
| JP3749423B2 (ja) | ガスの高密度化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200619 |