氣凝膠被(bèi)認為是世界上我國最輕的固體,又因為高比表面(miàn)積和花工低熱導率的特點,廣泛應用于航空航天器購錯防熱材料。1999年,美國(guó)筆計國(guó)家航空航天局(NAS呢電A)研制出了密度為 3 mg/cm3的二玩西氧化矽氣凝膠,成(chéng)朋能為當時(shí)世界上最輕的固體材料。但信綠是,由于矽氣凝膠材料脆性、濕度敏感等特都生性限制了其使用,NASA多年來一直在支持開(kāi)展耐久性氣凝膠的相關研究工我術作。
矽氣凝膠材料
基于一項航天器著(zhe)陸用的輕質、林說柔韌的超音速充氣減速器材料的需求,了林NASA格倫研究中心(GRC)的研究人員首先開(kāi)展了都照采用聚合物增強矽氣凝膠來提高其耐用性的研究,發(fā)現聚合物增強的矽氣凝膠高頻相比矽氣凝膠密度加倍、比表面(m唱他iàn)積減少30%~50%,但強度提升了兩(liǎng)個數量內機級。
聚合物增強矽氣凝膠提高耐用性
盡管如此,其強度仍不能(néng)滿足航天器減速材料的要求。此頻弟後(hòu),又與阿克倫大學(xué)合作開(kāi)展了八氨苯基(PO章現SS)交聯的聚酰亞胺氣凝膠,制備電日出密度為0.12 g/cm3、孔隙率妹裡為90%的聚酰亞胺氣凝膠。這(zh錯農è)種(zhǒng)材料可以經(jīng)受1100 煙還°F的溫度達90 s,從而确保進(jìn)入大氣層時(shí花快)不會(huì)燃燒;強度是聚合物增強少慢的矽氣凝膠的 5 倍,可制成(chéng)更薄(厚和呢度0.5 mm)的材料以滿足可折疊儲存在媽技航天器中的要求,很好(hǎo)地克服了矽氣凝膠在重量、成輛厭(chéng)本、柔韌性、耐久性等方面(miàn)的不術哥足。
柔性聚酰亞胺氣凝膠
基于氣凝膠和纖維材料,NASA生能開(kāi)始研制能(néng)夠滿足航天器結構材料和防熱材料要求票從的多功能(néng)複合材料。如NASA肯尼迪航天下書中心(KSC)的研究人員開(kāi)南歌發(fā)了一種(zhǒng)多功能(néng)氣凝膠/湖著纖維混雜層壓複合材料的制造方法,可以通過(guò)選筆林擇不同的纖維層(如聚酯、碳纖維、樹器Kevlar®纖維、Spectra&r河懂eg;纖維、Innegra纖維或其組合)、不同紅可的氣凝膠層厚度及不同的複合結構,制成(chéng)不同功能(néng)或多功能區快(néng)的複合材料。這(zhè)種(zhǒng)輕量化見對、高強度的多功能(néng)複合材料可滿足航空航天器在防熱、耐沖化微擊、能(néng)量吸收、吸音等方面(mi都湖àn)的要求,并可在汽車、船舶、建築、液化天然氣輸送議相、運動器材及軍事(shì)防護等諸多領域應用。
航天應用案例:充氣式減速器
為了實現載人火星登陸計劃,NASA正在開(kāi)發(fā)重載還要荷運輸技術,超音速充氣式氣動減速器(HIAD)是一項可為航天器制動提供明技有效載荷和體積效益的解決方案。2006年,NASA成(c個河héng)立了一項名為“先進(jìn)大氣層充鐘化氣式減速器”(Advance Inflatable Dece科錢lerators for Atmospheric Entry,P算票AIDAE)的項目,并研制了由外層、絕熱層、氣密層組成(chéng)和離的,直徑為3~12 m的HIAD。
民用案例:戶外服裝及裝備
2015年,FLEXcon公司從NASA GRC獲得了該柔性氣凝膠技坐哥術的許可,并與同樣(yàng)正在開(k音對āi)展聚酰亞胺氣凝膠研發(fā)的Blueshift公司鄉物合作,以更大規模地生産這(zhè)種(zhǒng)符合NASA高規格的氣凝膠日影材料。除了在極端環境下使用的管道(dào)隔熱産品等,FL裡分EXcon公司還(hái)正在開(kāi)發(fā)喝雜聚酰亞胺氣凝膠高端戶外用品,如戶外服裝、手套、鞋靴、帳篷等。
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