● 摘要
粘土气凝胶（以蒙脱土为主）是一种以气体为分散介质的轻质多孔材料，因其原料来源广泛、低毒性和对环境友好，引起了研究人员的广泛关注。粘土气凝胶通常由冷冻干燥法制得，但其机械性能较差，现有研究表明，通过在粘土中引入水溶性聚合物或纤维，可有效提高其机械性能。但是，这些增强体耐热性普遍较差，严重降低了这类材料的使用潜力。本文试图将综合性能优异的聚酰亚胺引入蒙脱土中，以获得力学性能良好、耐热性能突出的蒙脱土/聚酰亚胺（MMT/PI）气凝胶复合材料，从而扩大这类气凝胶材料的使用范围。本文首先合成了一种含硅聚酰胺酸，并优选合适的叔胺种类及其用量制备了水溶性的聚酰胺酸盐溶液；再通过正交试验分析及冷冻条件和搅拌时间的单独考察，优化了蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料的制备工艺条件；然后根据上述工艺条件，制备了一系列不同聚酰亚胺含量的蒙脱土气凝胶复合材料，并对其结构和性能进行表征，同时提出了聚酰亚胺增强蒙脱土气凝胶的机理；最后，通过向蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料中引入玻璃纤维，进一步提高了材料的力学性能。本文由五章组成：第一章 绪论。介绍了本文的研究背景及意义；简述了聚酰胺酸盐的研究进展；概述了蒙脱土的结构特征、粘土气凝胶的形成机理及其热传导研究，并重点介绍了粘土气凝胶的改性研究进展；提出了本文的研究目的、研究内容和研究方案。第二章 水溶性聚酰亚胺前驱体的合成与表征。合成了一种含硅聚酰胺酸，通过聚酰胺酸粉末溶解时间、聚酰胺酸盐表观粘度及其酰亚胺化情况的比较，优选出了合适的叔胺种类及其用量。第三章 蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料的工艺优化。制备了一系列不同密度的纯蒙脱土气凝胶，通过微观结构和压缩性能分析，选择了合适的蒙脱土悬浮液浓度；通过正交试验，优化了蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料的制备工艺；通过对冷冻条件和搅拌时间的单独考察，进一步优化确定了制备工艺条件。第四章 蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料的结构与性能分析。制备了一系列不同配方的蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、材料万能试验机、热重分析仪（TG）和自制热导率测试仪对材料的微观结构、压缩性能和热性能进行表征，并提出了聚酰亚胺增强蒙脱土气凝胶的机理。第五章 蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料的增强探索。制备了玻璃纤维增强的蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料，并考察了玻纤含量对气凝胶微观结构和压缩性能的影响；尝试以水和有机溶剂的混合溶液为分散介质来制备有机化改性的蒙脱土气凝胶复合材料，并对其研究方向做出了展望。本文的主要贡献如下：（1） 提出了一种聚酰亚胺增强蒙脱土气凝胶复合材料的制备方法，优化了工艺条件，并制备了一系列不同密度的蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料。（2） 系统研究了蒙脱土/聚酰亚胺气凝胶复合材料的微观结构、压缩性能和热性能，并提出了聚酰亚胺增强蒙脱土气凝胶的机理。