二氧化硅气凝胶的增韧及阻燃改性

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二氧化硅气凝胶是一种具有三维空间网络结构的多孔材料,具有极低的密度、较大的比表面积、较高的孔隙率、极低的导热系数等特性,被广泛应用于吸附、催化、隔热、医疗等领域。但是普通的二氧化硅气凝胶具有易燃、脆性大、强度低等缺点,严重限制了气凝胶的推广应用。因此,如何制备出机械性能高并提高其阻燃性能的气凝胶具有重要的现实意义。本文以双先驱体(MTMS和MDMDS)为硅源制备的Si O2气凝胶为基础,先通过添加含量为Xg(X=0.5wt%、1wt%、1.5wt%、2wt%、2.5wt%)的聚酯纤维,提高凝胶的力学性能并对增韧改性后的气凝胶进行表征分析;后续进一步通过添加不同阻燃剂和改变阻燃剂含量,探究了其对阻燃改性后的气凝胶阻燃效果。利用气凝胶的密度、收缩率、压缩强度考量以及利用FI-IR、SEM、XRD等手段对气凝胶进行表征,结果表明:1.5wt%聚酯纤维含量的复合气凝胶力学性能最佳达到195k Pa。凝胶的大孔主要分布在6-18μm范围内,最大值约为9μm,气凝胶的总入侵体积约为5.65cm3/g;经过增韧后的凝胶导热系数为0.03872W/(m·K);增韧气凝胶的废油吸附倍率随着聚酯纤维量增加呈先上升后下降的趋势,其中当聚酯纤维含量为1.5%时,单次吸附倍率最高12倍,重复吸附次数达到38次;后续通过多种阻燃剂(氢氧化铝、三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵)添加改性凝胶进行阻燃测试后得知聚磷酸铵阻燃效果最佳,其中当聚磷酸铵含量为10wt%时阻燃效果最佳:LOI高达28%,UL-94测试达到V-0级;总热释放总量(THR)30.0k W/m2,降幅达69.8%;热释放速率峰值(PHRR)67.8 MJ/m2,降幅达29.9%;生烟率峰值PSPR(m2/s)为0.15m2/s,降幅达53%;总烟生成量(TSP)12.6m2/s,降幅达82%;FGR值1.94k W/m2·s降幅达80%,与纯增韧凝胶相比锥形量热数据都显著的下降,即经过纤维和阻燃剂的引入,气凝胶体系达到了很好的增韧及阻燃效果。
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