聚酰亚胺气凝胶隔热保温材料查看源代码讨论查看历史

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聚酰亚胺气凝胶隔热保温材料有机高分子材料。

关键词： 气凝胶，聚酰亚胺，隔热保温

应用领域

节能服装、管道保温、宇航服隔热

成果简介

凝胶是以空气为分散介质的三维微纳多孔结构构成的固体材料，具有低密度、高孔隙率、低热导率等特点，在隔热隔音、储能和化学吸附等领域具有广阔的应用前景，被视为“未来最具潜力的十大材料之一”。气凝胶材料优越的保温隔热等性能，使得其具有较为广泛的应用价值，将会成为现有保温隔热材料领域重要的替代品，属于国家大力提倡发展的新材料之一。目前气凝胶产品主要是无机二氧化硅气凝胶，但是，无机气凝胶材料存在的共性问题是强度低、脆性大，其大多呈粉体或小型块体，限制了其广泛应用。有机气凝胶材料相较于无机气凝胶材料具有更高的强度、柔韧性和抗压缩性能，具有更广阔的应用前景。聚酰亚胺气凝胶具有耐高温、阻燃、高绝缘、高绝热等优异性能，在航空航天领域中受到了越来越广泛的重视，逐渐成为飞行器热防护系统（TPS）的首选材料之一，在尖端武器及空间飞行器的防/隔热系统、潜艇声阻隔系统、空间飞行器行星际进入-下降-着陆系统、以及宇航服隔热等领域中均有广泛应用前景。本项目围绕聚酰亚胺气凝胶功能复合材料开展了系统研究工作，解决了气凝胶材料制备工艺繁琐、体积收缩率大、力学强度弱等关键问题，实现了轻质、高柔弹性、优异隔热性能的聚酰亚胺气凝胶复合材料的可控制备，有望在空间飞行器的防/隔热系统以及宇航服隔热等领域得到广泛应用，对促进航空航天领域用新型复合材料的发展具有重要意义。（1）发展了绿色环保、简单高效制备聚酰亚胺气凝胶的新方法。针对目前气凝胶材料成型性差、超临界干燥工艺繁琐等问题，发展了冷冻干燥法制备高结构稳定性聚酰亚胺气凝胶的新技术，为聚酰亚胺气凝胶的高效制备提供了新思路。（2）提出了纳米颗粒可控调孔新策略，揭示了气凝胶孔结构与其隔热性能之间的构效关系规律。针对气凝胶材料孔结构不可控及体积收缩率大的问题，以纳米颗粒作为高效交联剂和调孔剂，实现了对聚酰亚胺气凝胶孔尺寸及取向的可控调节，建立了气凝胶孔结构与其隔热性能之间的关系规律。实现了轻质、高强、优异隔热阻燃性能的聚酰亚胺气凝胶复合材料的可控制备，复合气凝胶最低热导率达21 mW m-1K-1，UL94阻燃等级达到V0级，有望在建筑隔热防火等民用领域以及空间飞行器的防/隔热系统等军事领域得到广泛应用。（3）研发了高柔弹性聚酰亚胺纳米纤维气凝胶新材料。针对目前气凝胶材料脆性大、柔性差等问题，制备了具有高柔弹性、高隔热的聚酰亚胺纳米纤维气凝胶，密度低至10 mg cm-3，在-100~300 ℃范围内具有优异的压缩回弹性能，热导率低至26 mW m-1K-1，为高性能气凝胶功能材料的开发奠定了基础，在节能服装、管道保温、宇航服隔热等领域具有广阔的应用前景。

经济效益与社会效益

气凝胶材料优越的保温隔热等性能，使得其具有较为广泛的应用价值，将会成为现有保温隔热材料领域重要的潜在替代品，属于国家大力提倡发展的新材料之一。目前气凝胶产品主要是无机二氧化硅气凝胶，但是，无机气凝胶材料存在的共性问题是强度低、脆性大，其大多呈粉体或小型块体，限制了其广泛应用。有机气凝胶材料相较于无机气凝胶材料具有更高的强度、柔韧性和抗压缩性能，对推动保温隔热材料领域的发展具有重要意义。