聚酰亚胺气凝胶复合材料力学性能优化研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

气凝胶因其具有低密度特性和出色的绝热,绝缘性能而被广泛应用于航空航天和军用装备领域。气凝胶的发展大概经历了以下三个阶段:以硅酸钠为硅源,盐酸为催化剂获得的水凝胶标志着气凝胶研究的开端,但由于制备工艺繁琐,制备时间长,气凝胶的研究进程一直发展缓慢。

70年代后期藉由寻求开发储存氧气和火箭燃料多孔材料的契机,凝胶的制备方式大大简化,但可惜的是,无机气凝胶易碎,易掉粉,力学性能较差;后来人们逐渐将目光转投向高分子聚合物,经过不断的试验探索聚酰亚胺这种新型材料一经问世,就因其克服了其他有机气凝胶稳定性差,同时具有热导率低,柔韧性好的优点而获得了广泛的关注。

目前,国内外有很多机构展开了隔热保温方面的基础及工程化应用研究工作,国外主要有德国basf公司,desy公司,美国llnl实验室,瑞典lund公司,韩国延世大学以及印度shivaji大学,尤为值得注意的是美国nasa对气凝胶展开的一系列研究并成功的将气凝胶材料应用在了防隔热领域,在“火星流浪者”的设计中,采用气凝胶隔热复合材料作为保温层,可以抵挡负一百度以下的超低温。国内的浙江纳诺科技有限公司,国防科学技术大学,同济大学,清华大学也开展了有关领域的工作。

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2. 研究的基本内容与方案

尽管传统高分子气凝胶具有种种优点,但它的制备中普遍存在一种不可避免的结构问题:经溶胶-凝胶过程后,分子与分子的连接颈部存在应力集中的缺陷常常存在于微观三维结构中。

面对载人航空工程的迫切需求,考虑到这样的现状,希望能在本次毕业设计中,提出一种合理的增韧性聚酰亚胺气凝胶复合材料的设计方案,使其同时具有良好的绝热,吸波特性和优良的力学性能。在翻阅了有关聚酰亚胺凝胶制备和力学,热导率测试试验和结构分析的文献后,我提出了一种在聚酰亚胺静电纺丝基体中参杂纳米量级的玻璃球颗粒的气凝胶结构方案。

本次毕业设计将会采用将有限元仿真的方法与实际实验相结合的方法来对该材料的性质进行分析。实验部分,我将会进行有关的材料合成和材料力学性能,吸波性能和隔热性能的测试工作,并采用sem观察材料的微观结构。

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3. 研究计划与安排

1~3周 调研、查阅资料、开题报告
4~8周 建模、有限元分析优化
9~13周 材料制备、测试
14~15周 撰写设计说明书、资料准备、 答辩

4. 参考文献(12篇以上)


  1. reichenauer, g.; heinemann, u.;ebert, h.-p. colloids surf., a 2007, 300, 204–210.

  2. zhao qin, gang seob jung, minjeong kang and markus j.the mechanics and design of three dimensional light-weightgraphene assembly sciadv. 2017, 3:1601536

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