棉纤维增韧SiO2气凝胶复合材料的性能

霍 建 春， 马 原， 白 洁， 杨 海 霞

( 大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

气凝胶是一种具有三维网络骨架结构的纳米多孔材料，内部充满空气，是目前已知的最轻的固体材料[1-2]。SiO2气凝胶作为一种典型的纳米多孔功能材料，因其内部独特的孔结构而具有许多优良的性能，例如：低密度、高孔隙率、高比表面积、低杨氏模量、低介电常数和低导热系数等[3-4]，已经被广泛应用于多个领域[5-7]，但吸水性和脆性一直是制约其实际应用的难题[8-9]。为了改善SiO2气凝胶的力学性能，研究人员通过聚合物增强制备力学性能改善的气凝胶复合物[10]，或与纤维复合制备出纤维/SiO2气凝胶复合材料[11]。尽管一定程度上提高了气凝胶的强度，但所制备的气凝胶复合材料柔性不足，仍然难以满足使用需求。此外，现阶段气凝胶的干燥工艺大多采用超临界干燥及常压干燥[12-13]，超临界干燥可以较大程度保持凝胶内部的孔隙结构，然而成本昂贵，且在高压条件下进行，具有一定的危险性，而常压干燥过程中的溶剂置换过程较为烦琐，且制备周期冗长。为了克服上述难题，本研究选用二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)作为前驱体、天然棉纤维作为增强体，采用溶胶-凝胶法及冷冻干燥技术制备柔性棉纤维/SiO2气凝胶复合材料，以改善SiO2气凝胶的力学性能，拓宽其应用领域。

1 实 验

1.1 原 料

二甲基二乙氧基硅烷(DMDES，AR)、甲基三乙氧基硅烷(MTES，AR)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，AR)、叔丁醇(TBA，AR)，国药集团化学试剂有限公司；……