聚酰亞胺氣凝膠隔熱保溫材料

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聚酰亞胺氣凝膠隔熱保溫材料有機高分子材料。

關鍵詞： 氣凝膠，聚酰亞胺，隔熱保溫

目錄

應用領域

節能服裝、管道保溫、宇航服隔熱

成果簡介

凝膠是以空氣為分散介質的三維微納多孔結構構成的固體材料，具有低密度、高孔隙率、低熱導率等特點，在隔熱隔音、儲能和化學吸附等領域具有廣闊的應用前景，被視為「未來最具潛力的十大材料之一」。氣凝膠材料優越的保溫隔熱等性能，使得其具有較為廣泛的應用價值，將會成為現有保溫隔熱材料領域重要的替代品，屬於國家大力提倡發展的新材料之一。目前氣凝膠產品主要是無機二氧化硅氣凝膠，但是，無機氣凝膠材料存在的共性問題是強度低、脆性大，其大多呈粉體或小型塊體，限制了其廣泛應用。有機氣凝膠材料相較於無機氣凝膠材料具有更高的強度、柔韌性和抗壓縮性能，具有更廣闊的應用前景。聚酰亞胺氣凝膠具有耐高溫、阻燃、高絕緣、高絕熱等優異性能，在航空航天領域中受到了越來越廣泛的重視，逐漸成為飛行器熱防護系統（TPS）的首選材料之一，在尖端武器及空間飛行器的防/隔熱系統、潛艇聲阻隔系統、空間飛行器行星際進入-下降-着陸系統、以及宇航服隔熱等領域中均有廣泛應用前景。本項目圍繞聚酰亞胺氣凝膠功能複合材料開展了系統研究工作，解決了氣凝膠材料製備工藝繁瑣、體積收縮率大、力學強度弱等關鍵問題，實現了輕質、高柔彈性、優異隔熱性能的聚酰亞胺氣凝膠複合材料的可控制備，有望在空間飛行器的防/隔熱系統以及宇航服隔熱等領域得到廣泛應用，對促進航空航天領域用新型複合材料的發展具有重要意義。（1）發展了綠色環保、簡單高效製備聚酰亞胺氣凝膠的新方法。針對目前氣凝膠材料成型性差、超臨界乾燥工藝繁瑣等問題，發展了冷凍乾燥法製備高結構穩定性聚酰亞胺氣凝膠的新技術，為聚酰亞胺氣凝膠的高效製備提供了新思路。（2）提出了納米顆粒可控調孔新策略，揭示了氣凝膠孔結構與其隔熱性能之間的構效關係規律。針對氣凝膠材料孔結構不可控及體積收縮率大的問題，以納米顆粒作為高效交聯劑和調孔劑，實現了對聚酰亞胺氣凝膠孔尺寸及取向的可控調節，建立了氣凝膠孔結構與其隔熱性能之間的關係規律。實現了輕質、高強、優異隔熱阻燃性能的聚酰亞胺氣凝膠複合材料的可控制備，複合氣凝膠最低熱導率達21 mW m-1K-1，UL94阻燃等級達到V0級，有望在建築隔熱防火等民用領域以及空間飛行器的防/隔熱系統等軍事領域得到廣泛應用。（3）研發了高柔彈性聚酰亞胺納米纖維氣凝膠新材料。針對目前氣凝膠材料脆性大、柔性差等問題，製備了具有高柔彈性、高隔熱的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠，密度低至10 mg cm-3，在-100~300 ℃範圍內具有優異的壓縮回彈性能，熱導率低至26 mW m-1K-1，為高性能氣凝膠功能材料的開發奠定了基礎，在節能服裝、管道保溫、宇航服隔熱等領域具有廣闊的應用前景。

經濟效益與社會效益

氣凝膠材料優越的保溫隔熱等性能，使得其具有較為廣泛的應用價值，將會成為現有保溫隔熱材料領域重要的潛在替代品，屬於國家大力提倡發展的新材料之一。目前氣凝膠產品主要是無機二氧化硅氣凝膠，但是，無機氣凝膠材料存在的共性問題是強度低、脆性大，其大多呈粉體或小型塊體，限制了其廣泛應用。有機氣凝膠材料相較於無機氣凝膠材料具有更高的強度、柔韌性和抗壓縮性能，對推動保溫隔熱材料領域的發展具有重要意義。