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        用芳綸陶瓷復合材料應對惡劣環境

        來源:     時間:2020-12-17 點擊數:

              在惡劣環境下使用的耐磨隔熱材料時或多或少會碰到一些在設計與制造過程中遇到的突發狀況。一方面,產品需要保

        持其特性,以提供抗沖擊性,不過在高溫狀態下,往往會出現性能衰退的狀況,就是耐熱性變差。在許多情況下,這需要

        使用幾種材料復合制成織物,這樣的堅固耐用熱防護紡織品的制造工藝就會比較復雜。

             芳綸纖維作為一種功能和結構材料被廣泛應用于保護性應用中。芳綸纖維具有優良的機械性能,作為一種功能和結

        構材料廣泛應用于防護應用,例如消防員和急救人員的防護服。雖然耐高溫,但芳綸纖維的熱性能限制了它們的應用,

        由于其相對較高的熱導率和對溫度敏感的聚合物性質,芳綸纖維無法在低溫到高溫的各種溫度范圍內提供足夠的熱保護,

        同時保持其強健的機械性能。

             相比之下,陶瓷氣凝膠由于具有高比表面積和低密度的介孔結構而具有超絕緣性能。不過這些超輕材料存在機械脆性

        和機械性能差的問題。


             布法羅大學的研究人員綜合了這兩個領域的優點,開發出了一種具有優異機械性能和熱性能的耐磨芳綸/陶瓷氣凝膠納

        米復合材料。  

                    

                                                      

                                                   比如這個花蕾上的芳綸氣凝膠納米復合材料


             一個新型芳綸氣凝膠納米復合材料的樣品放在花蕾上,展示了這種材料的輕量化特性。這些特性使這種新型納米復合材

        料成為低成本制造可穿戴紡織品的一個有希望的候選材料,用于惡劣環境中的應用,包括航空航天、電子和個人防護服。


             布法羅大學的教授領導的一個團隊報告了他們在先進工程材料芳綸陶瓷氣凝膠復合材料的發現,展示了一種低密度

        (0.08 g cm-3)、低導熱系數(0.034 W m-1 K-1)和高壓縮性的陶瓷氣凝膠納米復合材料機械強度為1.1 MPa。采用預

        氣凝膠前驅體(HCl、CTAB膠束、尿素和硅酸鈉)與芳綸纖維原位交聯反應制備芳綸氣凝膠織物的工藝方案。Nanowerk解

        釋了制造過程:“我們采用了簡單且可擴展的制造策略,通過納米多孔硅氣凝膠和芳綸纖維之間的原位交聯反應制備了納米

        復合材料,其中合成的納米復合纖維形成了3D網絡,與中空介孔硅膠基質相連?!??!皻饽z纖維結構具有相互連接的多孔

        網絡和較高的靜止空氣層含量,即使在-196°C到400°C的極端環境下,芳綸纖維氣凝膠復合材料也具有非凡的隔熱性能。

             

                                                


             這種制備方法的關鍵是在二氧化硅與陶瓷氣凝膠前驅體和芳綸纖維之間發生的原位交聯。在常壓干燥反應中,前體轉化

        為納米多孔二氧化硅氣凝膠并沉積到芳綸纖維上。芳綸纖維構成了滲流網絡,而硅膠則交聯并沉積在纖維網絡上。凝膠化后

        芳綸纖維與氣凝膠的界面結合進一步防止了纖維網絡的崩潰。


             在成功展示了納米復合絕緣材料的優異性能后,該團隊正在研究具體應用,包括隔熱耐磨系統、抗沖擊裝甲應用以及熱

        敏應用中的結構部件。


                                                


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