王虹 纸是圆的
气凝胶是一种新型低密度、结构可控，由胶体粒子或高聚物分子相互交联构成的具有空间网络结构的轻质纳米多孔非晶固态材料，由于其独特的纳米级孔结构特征，使它具有低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率、低介电常数等特性，在高效隔热、催化剂载体、吸附等方面得以应用。但是，也正是源于气凝胶的这种非常独特的高孔隙率结构特征，纯气凝胶材料呈现出质脆、易碎的性能，实用性极差，很难作为实用性材料单独使用，需要与其它材料复合，利用其它材料赋予它的强度等性能才能达到实际的使用效果。因此，采用各类纤维质的纸、毡、板作为基材与气凝胶复合制成具有特殊性能和用途的气凝胶复合纸、气凝胶复合毡、气凝胶复合板成为当前的研究重点和发展方向，有望在电池电子、石油化工、轨道交通、建材及国防科技等领域发挥巨大作用。本文简要介绍几种气凝胶复合纸的研制及其应用。
1 气凝胶的特性
1.1 隔热特性
气凝胶的密度可低至3kg/m3，因而在抑制热传导上可以说达到了极致。气凝胶具有极高的孔隙率和纳米量级的孔径，低于空气分子的平均自由程，在如此之小的孔隙中，空气分子无法流动，几乎消除了热对流。此外，由于大量微孔的存在，使气凝胶材料具有无限多的孔壁，而这些孔壁均可视为辐射的反射面和折射面，很好地阻隔了辐射热。因此，气凝胶是当今所有固体材料中热导率最低的材料，在常温常压下可低至0.015 W/(m·k)，并同时具有透明、耐高温、耐腐蚀、防潮及不可燃等众多优异特性。
1.2 吸附特性
气凝胶比表面积达200-1000m2/g，孔隙率可达80%-99.8%，极其发达的表面和多孔结构，加上表面原子周围缺少相邻原子，使这些原子具有高活性和极不稳定性，容易吸附其它原子而发生化学反应，从而具备比常规材料优越得多的吸附潜力。
1.3 防爆抗冲击波性能
在气凝胶中，冲击波的强度随着传播距离的增加呈现指数衰减的趋势。气凝胶中的机械波波速极低，并且可以在收到冲击波时吸收大量能量，能经受住1kg炸药爆炸时产生的冲击波。
2 气凝胶复合纸的制备
气凝胶复合纸由各类具有特定功能的特种纤维纸(或称为基材)与气凝胶在溶胶-凝胶工艺过程中复合而制成的。
气凝胶复合纸的制备过程主要包括：
(1)根据制备的气凝胶品种，选择原材料，配制溶胶。
(2)特种纤维纸与溶胶通过浸渍、喷淋、涂布等方式进行复合，并在催化剂作用下形成凝胶。
(3)复合后的凝胶体在一定条件下老化一定时间，使凝胶结构更稳定。
(4)采用相应的干燥工艺制成气凝胶复合纸。
3 几种气凝胶复合纸及其应用
3.1 隔热保温用气凝胶复合纸
通常采用硅酸铝纤维纸、陶瓷纤维纸、玻璃纤维纸等耐温性能好的无机纤维纸为基材与气凝胶复合制备保温隔热用气凝胶复合纸。
目前，国内研制的气凝胶复合隔热纸导热系数仅0.017 - 0.020W/(m·k)，密度≤250kg/m3，厚度0.3-1mm不等，已经成功地应用于特种电池、电子产品、国防科技工业等领域。
3.2 吸附、净化、分离用气凝胶复合纸
采用活性炭纤维纸、玻璃纤维纸、化学纤维纸(非织造布)作为基材与各类具有特定吸附性能的气凝胶复合，制成具有高效吸附性能的气凝胶复合纸，可广泛应用于空气净化、废气(液)处理、吸污过滤、海岸泄漏石油回收、海水净化等领域，为节能和环保领域提供优质配套材料。
3.3 抗爆炸冲击波用气凝胶复合纸
以对位芳纶纤维纸(非织造材料)为基材复合气凝胶，制成气凝胶复合纸，用作抗冲击波材料的防护层，将大大提升防护装备的防护能力，具有良好的应用前景。
文章出处：《中华纸业》第37卷第22期2016年11月
原标题：气凝胶复合纸的研制与应用 作者：王虹
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