Nouveau Matériau: Isolation Thermique Et Durable En Fibre Composite De Silice Imitant La Structure De La Cavité Monomédullaire De La Fourrure De Lapin

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L'équipe de recherche a constaté qu'après une simple imprégnation, la surface des nanofibres de silice imitation de poil de lapin a été attachée à une fine couche de Polyimide, la structure creuse en forme de bambou peut permettre à l'intérieur de la fibre de maintenir une grande quantité d'air calme, ce qui est bénéfique pour l'isolation thermique;La couche mince de Polyimide confère alors de bonnes propriétés mécaniques aux nanofibres composites silice / POLYIMIDE.

La fourrure est l'arme secrète des mammifères pour s'adapter à la température ambiante.Les fibres naturelles telles que les poils de lapin ont d'excellentes propriétés d'isolation thermique, d'élasticité et d'autres propriétés mécaniques, et leur fonction d'isolation thermique provient principalement de leur structure creuse ou poreuse spéciale.

L'équipe du professeur Fu yaqin de l'Université de technologie du Zhejiang a préparé des nanofibres composites de silice / POLYIMIDE avec une structure de cavité monomédullaire imitant les poils de lapin par filage électrostatique et processus d'imprégnation, a appris l'université.Il a été prouvé expérimentalement que ce film fibreux en fibres composites surmonte les inconvénients de la faible résistance à la traction et de la mauvaise durabilité du film fibreux de silice pure, ainsi que de la légèreté, de la résistance au feu et des perspectives d'application étendues.Les articles de recherche connexes sont publiés en ligne dans la Revue internationale composites B: Engineering.

Imitation de la structure en bambou de fourrure de lapin avec de la silice

En observant les poils de lapin au microscope optique, on voit une structure creuse régulière en forme de bambou à l'intérieur de laquelle une grande quantité d'air calme est scellée et le libre mouvement des molécules d'air calme est limité, de sorte que les poils de lapin ont une faible conductivité thermique dans la direction radiale.

"Nanofibres de silice obtenues par filage électrostatique, avec de bonnes propriétés d'isolation thermique, une bonne stabilité à haute température, non toxique, la préparation des matières premières est également bon marché." présentation de Shi yinsong, auteur correspondant du papier et professeur agrégé à l'école des sciences des matériaux et de l'ingénierie de l'université de technologie du Zhejiang,? sur la base de recherches antérieures, nous avons pensé à ré - Intégrer des microsphères creuses de silice dans des nanofibres creuses de silice pour simuler la structure interne des poils de lapin et améliorer encore l'isolation thermique, en utilisant la technologie de filage électrostatique coaxial. ?

Il a expliqué que la technologie de filage électrostatique coaxiale est "grossière et fine", comme la fabrication d'une tige sandwich, dans deux tubes minces de diamètre intérieur différent, mais coaxiaux, injectant respectivement le liquide de filage du noyau et de la coquille, les deux convergent à l'extrémité de la tête de pulvérisation, sous l'effet de la force du champ électrique, le solvant se volatilise rapidement, le soluté est progressivement étiré pour devenir des nanofibres.

L'alcool polyvinylique (PVA) est une matière première commune dans le processus de filature et sa solution a une bonne adhérence et filmogène.Dans cette étude, l'équipe a utilisé la solution de PVA et les microsphères creuses de silice comme liquide de filage de couche de noyau, le PVA et le sol de petites molécules de silice comme liquide de filage de coquille, après filage électrostatique coaxial, puis séchage, calcination, pour créer des nanofibres de silice imitation de poil de lapin avec une structure creuse en forme de bambou à l'intérieur.

La silice est l'un des composants constitutifs des fibres céramiques.Les nanofibres de silice de fourrure de lapin obtenues par l'équipe appartiennent à la catégorie des nanofibres céramiques inorganiques.Les nanofibres céramiques inorganiques sont considérées comme l'un des matériaux d'isolation thermique à fort potentiel dans les domaines de l'aérospatiale, de la construction, de la tuyauterie industrielle, des vêtements réfractaires et d'autres domaines en raison de leur poids léger, de leur ininflammabilité, de leur résistance au feu, de leur résistance à la corrosion et de leur excellente isolation thermique.Cependant, les nanofibres céramiques inorganiques sont généralement fragiles et la résistance à la traction de leurs films est généralement faible, ce qui limite considérablement leur large gamme d'applications.

"L'introduction de structures creuses ou de nanoparticules poreuses dans les nanofibres de céramique inorganique, dont les films fibreux préparés peuvent être plus fragiles", a déclaré schinson, comment à la fois améliorer l'isolation thermique des nanofibres de céramique inorganique sans perdre leur flexibilité, est la clé de cette étude et est assez difficile.

Ajouter à ajouté "Multi - face" matériaux pour améliorer les propriétés mécaniques

Le Polyimide est connu comme ? généraliste? dans les matériaux macromoléculaires et a des applications dans les domaines de l'aviation, de la microélectronique, de la nanométrie, des cristaux liquides, des films séparateurs, des lasers et d'autres domaines, les films qu'il fabrique ont le nom de ? film d'or?.

Le Polyimide a une excellente stabilité thermique, une résistance chimique et d'excellentes propriétés mécaniques, a déclaré silvinson.En théorie, l'effet synergique de la structure creuse en forme de ruban de bambou et de la couche mince de Polyimide permet de surmonter la fragilité des nanofibres inorganiques sans réduire significativement leur stabilité thermique globale et leurs propriétés d'isolation thermique.

L'équipe de recherche a constaté qu'après une simple imprégnation, la surface des nanofibres de silice imitation de poil de lapin a été attachée à une fine couche de Polyimide, la structure creuse en forme de bambou peut permettre à l'intérieur de la fibre de maintenir une grande quantité d'air calme, ce qui est bénéfique pour l'isolation thermique;La couche mince de Polyimide confère alors de bonnes propriétés mécaniques aux nanofibres composites silice / POLYIMIDE.

Selon les données expérimentales, la résistance à la traction du film de nanofibres composites silice / POLYIMIDE peut atteindre 19,7 MPa, soit environ 10,1 fois plus qu'avant imprégnation;Après 20 000 cycles de flexion dynamique, aucun dommage significatif n'a été montré;Peut résister à au moins 500 cycles de frottement, montrant une bonne durabilité.

? ces propriétés exceptionnelles sont principalement attribuées à la structure du réseau 3D formé dans le film de nanofibres composites et à l'effet de renforcement de l'imprégnation sur une seule nanofibre de silice ?, a déclaré silverson, la force de cette nanofibre Composite dépend également de la force d'interaction entre la fibre et la fibre d'un point de vue macroscopique.Le revêtement en polyimide permet aux fibres de mieux se lier au point d'intersection, de nombreuses fibres sont sollicitées simultanément lorsqu'elles sont tirées, ce qui améliore la résistance globale.

En outre, la conductivité thermique des nanofibres composites silice / POLYIMIDE est bien inférieure à celle des poils de lapin naturels et la rigidité à la flexion est nettement inférieure à celle du papier d'impression A4 ordinaire.

Silvinson a déclaré que les domaines de l'instrumentation de haute précision, du transport spatial, de la sécurité incendie et d'autres, ont généralement besoin d'une isolation thermique, d'un poids léger, d'une protection contre l'incendie et d'autres matériaux d'isolation thermique avec une meilleure performance globale, et que les nanofibres composites de silice / POLYIMIDE résultant de cette étude imitent la structure de la cavité monomédullaire de la fourrure de lapin dans ces domaines ont un grand avantage.Ensuite, l'équipe améliorera l'efficacité de la préparation de cette nanofibre composite, combinée à des besoins spécifiques tels que la réduction du gaspillage d'énergie, la prévention des dommages thermiques, la réduction du poids / du volume occupé de l'appareil, l'amélioration du confort de port, etc., pour une conversion progressive des résultats.