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用芳纶陶瓷复合材料应对恶劣环境

来源:     时间:2020-12-17 点击数:

      在恶劣环境下使用的耐磨隔热材料时或多或少会碰到一些在设计与制造过程中遇到的突发状况。一方面,产品需要保

持其特性,以提供抗冲击性,不过在高温状态下,往往会出现性能衰退的状况,就是耐热性变差。在许多情况下,这需要

使用几种材料复合制成织物,这样的坚固耐用热防护纺织品的制造工艺就会比较复杂。

     芳纶纤维作为一种功能和结构材料被广泛应用于保护性应用中。芳纶纤维具有优良的机械性能,作为一种功能和结

构材料广泛应用于防护应用,例如消防员和急救人员的防护服。虽然耐高温,但芳纶纤维的热性能限制了它们的应用,

由于其相对较高的热导率和对温度敏感的聚合物性质,芳纶纤维无法在低温到高温的各种温度范围内提供足够的热保护,

同时保持其强健的机械性能。

     相比之下,陶瓷气凝胶由于具有高比表面积和低密度的介孔结构而具有超绝缘性能。不过这些超轻材料存在机械脆性

和机械性能差的问题。


     布法罗大学的研究人员综合了这两个领域的优点,开发出了一种具有优异机械性能和热性能的耐磨芳纶/陶瓷气凝胶纳

米复合材料。  

            

                                              

                                           比如这个花蕾上的芳纶气凝胶纳米复合材料


     一个新型芳纶气凝胶纳米复合材料的样品放在花蕾上,展示了这种材料的轻量化特性。这些特性使这种新型纳米复合材

料成为低成本制造可穿戴纺织品的一个有希望的候选材料,用于恶劣环境中的应用,包括航空航天、电子和个人防护服。


     布法罗大学的教授领导的一个团队报告了他们在先进工程材料芳纶陶瓷气凝胶复合材料的发现,展示了一种低密度

(0.08 g cm-3)、低导热系数(0.034 W m-1 K-1)和高压缩性的陶瓷气凝胶纳米复合材料机械强度为1.1 MPa。采用预

气凝胶前驱体(HCl、CTAB胶束、尿素和硅酸钠)与芳纶纤维原位交联反应制备芳纶气凝胶织物的工艺方案。Nanowerk解

释了制造过程:“我们采用了简单且可扩展的制造策略,通过纳米多孔硅气凝胶和芳纶纤维之间的原位交联反应制备了纳米

复合材料,其中合成的纳米复合纤维形成了3D网络,与中空介孔硅胶基质相连。”。“气凝胶纤维结构具有相互连接的多孔

网络和较高的静止空气层含量,即使在-196°C到400°C的极端环境下,芳纶纤维气凝胶复合材料也具有非凡的隔热性能。

     

                                        


     这种制备方法的关键是在二氧化硅与陶瓷气凝胶前驱体和芳纶纤维之间发生的原位交联。在常压干燥反应中,前体转化

为纳米多孔二氧化硅气凝胶并沉积到芳纶纤维上。芳纶纤维构成了渗流网络,而硅胶则交联并沉积在纤维网络上。凝胶化后

芳纶纤维与气凝胶的界面结合进一步防止了纤维网络的崩溃。


     在成功展示了纳米复合绝缘材料的优异性能后,该团队正在研究具体应用,包括隔热耐磨系统、抗冲击装甲应用以及热

敏应用中的结构部件。


                                        


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