作者:俞书宏等 来源:《应用化学》 发布时间:2018/4/5 14:54:37
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新型气凝胶材料可用于隔热防火

 

记者从中国科学技术大学获悉,该校俞书宏教授课题组以壳聚糖作三维软模板,发展了一种制备酚醛树脂与二氧化硅复合材料的新方法,成功研制了具有双网络结构的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。该材料具有轻质多孔、隔热防火和耐火焰侵蚀的特点。研究论文3月12日发表在《应用化学》上。

工业建筑和维持室内舒适温度所消耗的能量占到世界每年总能耗的30%以上,隔热材料的使用可以提高建筑物的能量利用率和降低能耗。然而,传统的有机隔热材料普遍易燃,有机阻燃剂的使用则会对环境和人类健康造成危害,而无机隔热材料的热导率普遍偏高。目前市场上使用的有机无机复合隔热材料虽然阻燃性有所提高,但仍难耐受长时间的火焰侵蚀,因为单分散状态的无机组分会随着聚合物基体的燃烧而逐渐脱落,从而失去保护作用。

科研人员研制了一种双网络结构的复合气凝胶,具有树枝状的微观多孔结构,纤维的尺寸在20 纳米以内,且两种组分各自都成连续的网络,实现了有机、无机组分在纳米尺度上的均匀分散。研究人员通过调控硅源的添加量,即可调控复合气凝胶的密度、无机含量、力学强度等物理参数,从而增强其结构的机械稳定性。这种复合气凝胶可以承受60%的压缩而不破裂,具有良好的机械强度和可加工性;该气凝胶的两组分间具有很强的相互作用,协同其多孔性,从而产生了很好的保温隔热效果,不仅优于传统商用的发泡聚苯乙烯、矿物棉等工业材料,而且在低温和低湿度的环境下也能维持很好的隔热效果。

此外,这种独特的双网络结构还赋予了气凝胶优异的防火阻燃和耐火焰侵蚀的性能。研究人员用丙烷丁烷喷灯火焰(13000C)和酒精灯火焰(500~6000C)来检测气凝胶的防火性,并用红外热成像仪记录样品背面的温度变化。经过30分钟的测试,喷灯火焰下样品背面温度稳定在3000C左右,酒精灯火焰下样品背面温度稳定在1500C左右,而且随着有机组分的燃烧,二氧化硅网络暴露出来并附着在气凝胶表面而不会脱落,继续发挥隔绝热量的作用。

研究表明,钢筋混凝土结构在受热3500C以上强度会迅速下降,从而引起坍塌。而使用这种新型材料可以避免火灾时建筑物承力结构的失效,为人员撤离争取宝贵时间。(来源:科技日报 吴长锋)

 
 
 
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