二氧化硅气凝胶是一种高孔隙率、高比表面积、低密度、低导热率、低介电性常数和低折射率的多孔材料,作为新型高效隔热材料在航空航天、军事、建筑等领域已广泛应用,然而气凝胶脆性大、易碎等问题,限制了其发展空间。将SiO2气凝胶纳米网络骨架结构引入到聚合物基体中,一方面能从根本上解决气凝胶力学性能差的问题;另一方面可通过选用不同基体及添加石墨烯增强体以获得在隔热、力学及柔韧性等综合性能方面优异的气凝胶/聚合物复合材料,从而拓展气凝胶的应用领域,推动气凝胶产业的发展。本论文以SiO2气凝胶粉体为添加剂,分别选用环氧树脂和聚酰亚胺为基体,采用原位复合法制备综合性能优异的复合材料。研究SiO2气凝胶不同添加量对聚合物微观结构、力学性能和隔热及耐热性能的影响,关联三者关系探讨纳米骨架结构气凝胶粒子和石墨烯对聚合物力学性能和隔热性能的增强机制。主要工作包括以下三个方面:(一)以正硅酸乙酯为硅源,草酸及氨水为催化剂,通过调节溶胶-凝胶过程、超临界干燥、球磨工艺过程等,获得振实密度为0.0739 g/cm3,导热系数为0.0256 W·m-1·K-1,比表面积为796 m2/g,粒径均一的超细SiO2气凝胶粉体。(二)以SiO2气凝胶粉体为隔热填料,聚酰亚胺为基体,采用两步法制备柔性隔热膜。对比分析复合方式、气凝胶添加量对聚酰亚胺复合材料力学性能及热学性能的影响并推导复合材料的热传导机制。发现气凝胶在聚酰亚胺基体中分散均匀、能够保持原有孔洞结构,SiO2气凝胶显著提高了聚酰亚胺的隔热性能与耐热性能,气凝胶添加量为20 wt.%时,SiO2气凝胶/聚酰亚胺柔性复合隔热膜的热失重初始温度由400℃提高至543℃;导热系数由 0.371 W·m-1·K-1 降至 0.071 W·m-1·K-1,降低了 81%。(三)以SiO2气凝胶为隔热填料,石墨烯为增强相,环氧树脂为基体,通过原位复合法制备SiO2气凝胶/环氧树脂复合材料和SiO2气凝胶/石墨烯/环氧树脂三元复合材料。考查气凝胶和石墨烯不同添加量对环氧树脂微观结构、力学性能和隔热性能的影响,关联力学性能和隔热性能获得最佳工艺制备条件。当SiO2气凝胶添加量为8 wt.%时,石墨烯添加量为0.1 wt.%时,三元复合材料的导热系数为0.063 W·m-1·K-1,比纯环氧树脂降低了约68.0%,;SiO2气凝胶/石墨烯/环氧树脂拉伸强度为50.05 MPa,断裂伸长率为13.30%,弹性模量为1825 MPa,与SiO2气凝胶/环氧树脂相比,分别提高了 21.39%、6.70%、4.41%。