高硅氧纤维增强SiO₂气凝胶复合材料耐高温与抗火性能

摘要

针对桥梁火灾防护需求，利用溶胶-凝胶和超临界干燥的方式制备出高硅氧纤维/SiO2气凝胶复合材料，采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）、电子万能试验机、导热系数分析仪等研究复合材料在高温处理后微观结构、力学和隔热性能变化，探索复合材料在烃类火中的抗火能力。结果表明，制备态的复合材料高硅氧纤维和SiO2气凝胶结合良好，纤维间空隙被气凝胶均匀填充。800～1000℃处理2 h后，纤维表面变得粗糙，气凝胶出现破碎，部分纤维裸露出来。SiO₂气凝胶在高温处理后，孔径尺寸增加，比表面积下降，且出现晶化现象。高温处理导致力学和隔热性能下降，初始态和1000℃处理态的断裂力和导热系数分别为130.2 N和0.0163 W/（m·K）,50.2 N和0.0311 W/（m·K）。在1100℃烃类火中，采用10 mm厚的气凝胶复合材料保护缆索模型可以在78 min内保持温度低于300℃。此研究成果对于新型桥梁抗火材料的开发和评价具有一定借鉴意义。

关键词

SiO₂气凝胶 / 高硅氧纤维 / 耐高温性能 / 微观结构 / 隔热性能 / 力学性能