聚丙烯纤维基二氧化硅气凝胶材料的可控制备及表征开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1.选题背景

1.1气凝胶概述

气凝胶是一种新型的低密度非晶固态材料，由胶体粒子或高聚物分子相互聚集成连续的纳米多孔网状结构^[1]，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固体材料，其孔隙率可达80%～99.8%，孔洞尺寸一般在1～100nm之间，密度可在 2～600kg/m³范围变化。由于气凝胶纳米级骨架可降低固体热传导，纳米多孔结构可抑制气体热传导和对流传热，因此气凝胶具有优异的隔热性能，是目前公认热导率最低的固体材料^[2-5]（常温下约为0.015w/(mk)）。 然而气凝胶的低密度和高孔隙率导致其强度低、脆性大，限制sio₂气凝胶在隔热领域的应用^[6]。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题选用TMOS为初始原料，采用酸/碱两步催化溶胶-凝胶技术，在常压下制备SiO₂气凝胶，通过一定比例的表面疏水性改性剂及聚丙烯纤维对其进行改性，着重研究了溶胶-凝胶法和常压干燥法制备聚丙烯纤维二氧化硅气凝胶过程中的各项影响因素如催化剂浓度、乙醇的用量、水的用量、老化时间等对所得SiO₂气凝胶结构和性能的影响，为SiO₂气凝胶的结构设计与优化提供科学依据，并对所得SiO₂气凝胶进行基本性能表征，为SiO₂气凝胶的进一步研究及应用提供参考。

采用表面疏水性改性剂、干燥速度控制添加剂DMF等对SiO₂气凝胶凝胶进行结构改性，和采用聚丙烯纤维对SiO₂气凝胶进行增强补韧改性,研究其对SiO₂气凝胶化学结构、密度、收缩率、微观结构和热稳定性的影响。具体的研究方法和技术路线如下：选用TMOS为初始原料和其他原材料；研究影响SiO₂气凝胶性能的主要因素，进行实验条件、原料配比的优化选择；采用溶胶-凝胶法制备醇凝胶；对形成的凝胶进行后处理，进行结构、表面化学改性，并添加一定比例的聚丙烯纤维对其进行增强改性以得到完整无裂纹的疏水型SiO₂气凝胶；对得到的SiO₂气凝胶的组成、结构、性能用一定的方法(红外、SEM、BET、TG、DSC等)进行表征研究。