柔性无机纳米纤维膜的制备及热防护性能研究

在各种热灾害环境中,热防护材料优异的隔热能力和稳定的力学性能是提供有效的热防护能力的关键。传统的热防护材料中,有机材料耐高温性不理想、无机材料的柔性差以及重量大等问题都限制了材料的多元化应用。随着现代科技的发展以及世界范围内对安全防护的重视,人们对热防护材料的热防护性能要求也进一步提高。因此,在保留无机材料良好热学性能的同时,通过探究试验对其柔性、强度的提升有着十分重要的意义。纳米技术对于改善材料的各项性能具有一定的帮助作用。在纳米纤维的制备方法中,静电纺丝法成本低、纤维连续性好,是目前最常见的制备纳米纤维的方法。在目前通过静电纺丝法制备无机纳米纤维的研究中,由于材质自身性能缺陷,大多存在纺丝较困难,纤维膜柔性、强度较低等问题,对于无机氧化物纳米纤维柔性提升的研究相对较少。本课题针对二氧化锆（ZrO2）纳米纤维脆性问题,选择正硅酸乙酯（TEOS）作为稳定剂、聚氧化乙烯（PEO）作为聚合物模板来制备柔性纳米纤维膜,并通过调节稳定剂以及聚合物模板含量来优化纤维膜柔性以及纤维直径,使纤维膜在较好柔性的基础上具有较细的直径,更好的发挥纳米尺寸效应。在成功制备出具有优良柔性和较细直径的纳米纤维膜的基础上,利用蒙脱土粉末对其进行后修饰,探究适宜的修饰浓度,使得纳米纤维膜在保持柔性的同时对其强度有所增加。为了探究制备得到的柔性ZrO2纳米纤维膜以及修饰后的纳米纤维膜的性能,对其结构、形貌、力学性能以及热学方面的相关性能进行了测试表征,分析了修饰前后纤维膜的结构变化以及对纤维膜性能的影响。研究结果表明,制备得到的柔性ZrO2纳米纤维膜兼具轻质、不燃、耐火、隔热性好等优点,且修饰后的复合纳米纤维膜在强度、隔热性等方面较修饰前有所提高。相比常见的消防服材料,其具有优异的阻燃和热防护性能,有希望作为新型耐火隔热材料运用于高温防护、化学防护等安全防护领域。