真空絕熱板（VIP板）內(nèi)的纖維-氣凝膠復(fù)合芯材因具備極低的表觀密度和多級(jí)微納尺度的高孔隙分布,在真空狀態(tài)下具有遠(yuǎn)低于空氣的有效熱導(dǎo)率,同時(shí)因具備更好的力學(xué)性能、防火性能且擁有較長的使用年限,使其成為VIP板材芯材的熱選。本文對(duì)纖維復(fù)合SiO₂氣凝膠芯材內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形態(tài)、纖維尺寸和孔隙分布等參量進(jìn)行測量分析,獲得纖維-氣凝膠復(fù)合芯材的結(jié)構(gòu)參數(shù)。并基于這些參數(shù)生成了包含纖維、氣凝膠團(tuán)簇、大孔隙在內(nèi)的三相隨機(jī)三維模型;在此模型基礎(chǔ)上,采用LBM方法和ADT輻射理論建立了復(fù)合芯材有效熱導(dǎo)率的計(jì)算模型,并對(duì)模型進(jìn)行了計(jì)算域簡化和并行計(jì)算,提高了計(jì)算速度;實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)表面,本文模型計(jì)算得到的復(fù)合芯材有效熱導(dǎo)率準(zhǔn)確度較高。論文對(duì)生產(chǎn)VIP板涉及的幾個(gè)關(guān)鍵參量對(duì)芯材熱導(dǎo)率的影響規(guī)律和機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:隨著環(huán)境壓力的降低,復(fù)合芯材的整體有效熱導(dǎo)率也跟著急劇下降,這是由于隨環(huán)境壓力的減小,氣體分子平均自由程顯著增大,分子自由運(yùn)動(dòng)逐漸受到纖維間大孔隙壁面的束縛,由此導(dǎo)致復(fù)合芯材內(nèi)的氣相熱導(dǎo)率顯著降低。當(dāng)降至100Pa以下時(shí),氣體分子平均自由程已經(jīng)超過纖維間大孔隙的尺度,壓力再降低也不... 

【文章來源】：山東建筑大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

VIP板內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文4目前，應(yīng)用于工程生產(chǎn)的纖維復(fù)合氣凝膠芯材的種類很多，其中氣凝膠有SiO2、Al2O3、TiO2、炭等不同熱物屬性的材料[14-18]，纖維也有普通玻璃纖維、石棉絨、滌綸和靜電紡絲等不同材料組成[19,20]，之后經(jīng)過特殊加工工藝形成的不同形態(tài)和不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合芯材。將纖維和氣凝膠復(fù)合的制備工藝就有很多種：例如，傳統(tǒng)做法是在玻璃纖維薄層中通過溶膠—凝膠法制備SiO2氣凝膠復(fù)合隔熱材料[21-23]，如圖1.3和1.4所示，將一定質(zhì)量的纖維薄層浸入到凝膠溶液內(nèi)，后對(duì)溶液老化得到復(fù)合芯材，這種方法更容易控制各組分的含量，在工業(yè)上更為常見；還有一種是利用強(qiáng)力攪拌機(jī)混合纖維和凝膠，這種做法一般用于石英短切纖維，因纖維會(huì)有分叉結(jié)構(gòu)（如圖1.5a）不好用層層鋪疊的制備方法完成[24]；而尹正帥等人提出采用將莫來石纖維浸入復(fù)合硅溶膠后再對(duì)其進(jìn)行老化干燥的方法制備得到復(fù)合芯材[25]，通過這一方法經(jīng)過疏水改性后獲得的復(fù)合芯材更不易受潮，材料的高熱阻性能也可以維持更長的時(shí)間；劉馨月等人利用高長徑比的CNF與片層結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯形成的CNF-GO復(fù)合水凝膠制備出復(fù)合水凝膠材料[26]，這種方法可以增強(qiáng)材料的柔韌性和電化學(xué)性能。前人對(duì)復(fù)合芯材的研究除去不同的制備方法、材料組成外，對(duì)其應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的各項(xiàng)性能也進(jìn)行探索：鐘支葵等人就復(fù)合芯材VIP板的防火性能進(jìn)行試驗(yàn)，研究表明鋼板在復(fù)合材料保護(hù)下，持續(xù)加熱一段時(shí)間后可以使鋼結(jié)構(gòu)依舊遠(yuǎn)低于軟化溫度，具有優(yōu)異的防火和安全性能[27]。圖1.3浸入凝膠溶液所用纖維層

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1.4氣凝膠復(fù)合材料可控制備工藝流程（a）短切纖維搭接處（b）復(fù)合芯材圖1.5短切纖維氣凝膠復(fù)合芯材SEM照片有關(guān)復(fù)合芯材導(dǎo)熱性能的研究也有很多，其中主要分為三類：一類是最早1992年提出通過實(shí)驗(yàn)測量獲得整體有效熱導(dǎo)率并建立其與芯材密度之間的關(guān)系[28]。這種方法首先將復(fù)合芯材的整體有效熱導(dǎo)率分為三部分：全部氣體組成氣相熱導(dǎo)率、全部固體組成固相熱導(dǎo)率和輻射熱導(dǎo)率，之后分別建立這三者同芯材密度之間的關(guān)系再相加。這種方法為之后的計(jì)算方法提供了一個(gè)很

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]炭氣凝膠及其隔熱復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 馮軍宗.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]粉狀SiO2氣凝膠熱導(dǎo)率計(jì)算及變化規(guī)律研究[D]. 喻凡.山東建筑大學(xué) 2018
[2]玻璃纖維增韌SiO2氣凝膠隔熱材料制備研究[D]. 石小靖.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
[3]SiO2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的制備及傳熱性能研究[D]. 彭程.廣州大學(xué) 2012
[4]纖維增強(qiáng)SiO2氣凝膠隔熱復(fù)合材料的可控制備及性能優(yōu)化研究[D]. 廖云丹.廣州大學(xué) 2012



本文編號(hào)：2912564