李慶 張秋華 陳文軍 吳華敏 吳斌（廣東埃力生高新科技有限公司，廣東 英德 513000）

添加二甲基甲酰胺對SiO2氣凝膠復合材料導熱系數的影響

李慶 張秋華 陳文軍 吳華敏 吳斌（廣東埃力生高新科技有限公司，廣東 英德 513000）

以正硅酸乙酯（TEOS）為硅源，無水乙醇（EtOH）為溶劑，二甲基甲酰胺（DMF）為控制劑，采用酸堿二步催化溶膠-凝膠法及超臨界干燥技術制備玻璃纖維增強SiO2氣凝膠復合材料，研究了二甲基甲酰胺對SiO2氣凝膠復合材料的導熱系數影響。結果表明：隨著二甲基甲酰胺添加量的增大，SiO2氣凝膠復合材料的導熱系數先降低后增加，轉折點處二甲基乙酰胺與正硅酸乙酯摩爾比為1:0.6，導熱系數為0.0169W/（m.K）。

二甲基甲酰胺；SiO2氣凝膠復合材料；導熱系數；溶膠-凝膠法

SiO2氣凝膠是一種分散介質為空氣，由納米級膠體粒子聚集組成的具有納米網絡骨架結構的非晶輕質材料。其具有隔熱性能好、孔隙率高、比表面積大等一系列優(yōu)點而受到廣泛關注[1-3]。但是純SiO2氣凝膠強度低，韌性差，在實際應用較少[4]。目前一般采用增強纖維與SiO2氣凝膠復合形式，提升其強度和韌性，從而達到實際應用要求。

導熱系數是評價隔熱材料隔熱能力的核心指標[5]。本研究在制備SiO2氣凝膠復合材料的過程中，加入二甲基甲酰胺作為控制劑，采用酸堿二步催化溶膠-凝膠法及超臨界干燥技術制備玻璃纖維增強SiO2氣凝膠復合材料，并研究了二甲基甲酰胺添加量對SiO2氣凝膠復合材料導熱系數的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

正硅酸乙酯（TEOS）、無水乙醇（EtOH）、二甲基甲酰胺（DMF）、氫氟酸（HF）、氯化銨（NH4Cl）、均為分析純；玻璃纖維針刺氈購自歐文斯科寧；去離子水（H2O）自制。

DF-101S集熱式磁力加熱攪拌器；ALS-SFE10超臨界CO2干燥設備；NETZSCH HFM436 Lambda熱流法導熱分析儀。

1.2 樣品制備

將TEOS、EtOH、DMF、HF、NH4Cl、H2O混合進行兩步催化，保持n（TEOS）：n（EtOH）：n（H2O）：n（HF）：n（NH4Cl）：n（DMF）= 1：9：4：0.02：0.05：0-1.2，所制備的溶膠倒入玻璃纖維針刺氈中凝膠，經過多次溶劑交換后進行CO2超臨界干燥得到SiO2氣凝膠復合材料。實驗步驟：1）將TEOS、EtOH、DMF、HF在燒杯中混合，在35℃水浴條件下攪拌30min；2）將NH4Cl與H2O混合后滴入燒杯中，在40℃水浴條件下攪拌25min后倒入玻璃纖維針刺氈沒過并靜置凝膠；3）加入適量EtOH，進行溶劑置換，每次12h，共置換5次；4）置于CO2超臨界流體中干燥得到SiO2氣凝膠復合材料。所制備的樣品見圖1。

圖1 制備的SiO2氣凝膠復合材料

圖2 二甲基甲酰胺用量對導熱系數的影響

1.3 制備出來的SiO2氣凝膠復合材料表征

利用平板熱流法對樣品進行導熱系數測試。

2 結果和討論

圖2給出了添加DMF后對SiO2氣凝膠復合材料導熱系數的影響。由圖2可知DMF的添加量增大，前期使得SiO2氣凝膠復合材料導熱系數出現下降，隔熱性能得到提升，當n（DMF）：n（TEOS）=0.6：1的時候導熱系數最低，僅為0.0169W/（m.K），繼續(xù)添加DMF則會使導熱系數升高，隔熱性能下降。

這是因為DMF是極性有機溶劑，當加入到溶膠當中時，極易給出電子，與膠粒表面的Si-OH形成氫鍵，從而在Si-OH的周圍形成廣泛的屏蔽網絡。這種氫鍵作用使得體系中形成了縮聚不完全的的Si-O-鏈，從而減緩了縮聚速度，在骨架網絡結構形成的過程中增加了許多支鏈，使得納米網絡孔徑骨架更加勻稱，促進了大且均勻的納米孔形成，減少了在制備干燥過程中網絡結構因應力不均而造成的孔洞坍塌破壞，最大程度保持了結構的完整性，使得氣凝膠復合材料具備了更優(yōu)異的隔熱性能，具有更低的導熱系數。

但加入的DMF過量，會對反應體系起到了稀釋作用，使得反應物濃度降低，減少固體顆粒和骨架在凝膠中的體積分數，增加了凝膠中的孔隙尺寸，當凝膠內部孔隙孔徑過大時，骨架強度較弱，在制備干燥過程中骨架受到毛細管張力過大而造成部分骨架坍塌，結構受到破壞，導致了隔熱性能下降，導熱系數升高。

3 結語

本文利用正硅酸乙酯為硅源，無水乙醇為溶劑，二甲基甲酰胺為控制劑，采用酸堿二步催化溶膠-凝膠法及超臨界干燥技術制備玻璃纖維增強SiO2氣凝膠復合材料，通過對復合材料表征表明當二甲基甲酰胺與正硅酸乙酯摩爾比為0.6的時候，復合材料的結構完整性最好，隔熱能力最強，導熱系數僅為0.0169W/（m.K）。

[1]Dorebeh A S,Abbasi M H.Silica aerogel:synthesis,proper?ties and charactaization[J].J Mater Process Technol,2008，199:10-26.

[2]Qi,T.;Tao,W.J.Supercritical Fluids,2005,35:91.

[3]董志軍，顏家保，涂紅兵，等.二氧化硅氣凝膠隔熱復合材料的制備與應用[J].化工新型材料，2005，33(3)：46-48.

[4]陳淑祥，倪文，朱林，等.納米孔超級絕熱材料及其制備技術[J].新材料產業(yè)，2003，117(8)：72-75.

[5]徐惠忠.絕熱材料生產及應用[M].北京二建材工業(yè)出版社，2001.