Propiedades mecánicas de aerogeles híbridos de sílice

Abstract

Se han obtenido aerogeles híbridos de sílice orgánico-inorgánico por aplicación de ultrasonidos de alta potencia en los precursores líquidos y posterior secado del gel húmedo en condiciones supercríticas en etanol. Las cadenas orgánicas no se degradan térmicamente y aceleran el proceso de contracción de la red por activación térmica. Los ultrasonidos inducen un entrecruzamiento de cadenas orgánicas que unen los cúmulos de sílice porosa y evitan su ciclidación. Los ensayos de ruptura en compresión uniaxial indicaron un aumento del módulo de ruptura, pasando de 8 MPa para el aerogel de sílice pura hasta 24 MPa para un aerogel de 50% en peso de contenido de polímero. Se observa asimismo una disminución continua en el módulo de Young con el contenido de polímero (de 100 a 56 MPa). Estos aerogeles híbridos se comportan como elastómeros con deformaciones de hasta el 50%, mostrando una disminución del módulo de relajación viscoelástica.Palabras clave: Aerogel de sílice, elastómeros, módulo de ruptura, compresión y relajación viscoelástica. Mechanical properties of silica hybrid aerogelsHybrids silica aerogels have been obtained by means the high power ultrasounds application in the precursor liquid and the drying of the wet gel under the supercritical condition of ethanol. The organic chains don't degrade thermally and accelerate the network shrinkage process by thermal activation. The ultrasounds induce an organic chain crosslinking bonding to the porous silica clusters and avoid its cyclidation. The failure tests by uniaxial compression show an increase of the rupture modulus, passing from 8 MPa for a pure silica aerogel to 24 MPa for an aerogel with a 50 weight % of polymer content. It is also noted a continuous decrease of the Young's modulus with the polymer content (from 100 to 56 MPa). These hybrid aerogels behave as elastomers with up to a 50% strain, showing a decrease in the relaxation viscoelastic modulus.Keywords: silica aerogel, elastomers, failure, compression and relaxation viscoelastic modulus. INTRODUCCIÓNLos aerogeles de sílice son materiales transparentes y químicamente inertes, su densidad puede variar desde 0.003 g cm -3 hasta 0.9 g cm -3, con una alta porosidad de aproximadamente 90% que se modula en el intervalo de poros de tamaño nanométrico, con superficies específicas entre 600 y 1000 m 2 g -1 y que mantiene una composición idéntica al vidrio de sílice pura (1, 2). A pesar de ser un material tan ligero, el entramado polimérico de sílice mantiene unas buenas propiedades mecánicas. Presentan diversas aplicaciones, de las que se pueden destacar su uso como aislante térmico y acústico (3), como detector de micrometeoritos (4) y también de partículas subatómicas como detectores Cherenkov (5). Sin embargo, sus principales limitaciones son su extrema fragilidad y su alta higroscopicidad (6).Las propuestas para superar tales inconvenientes implican la introducción de polímeros orgánicos hidrófobos que además modifican la red polimérica de la sílice inorgánica (7), tratando al mismo tiempo de aumentar ...

Absorption capacity, kinetics and mechanical behaviour in dry and wet states of hydrophobic DEDMS/TEOS-based silica aerogels

“…But a large increase of the maximum strain (more than 4-fold) was achieved in sample TD1.25. All these changes are in accordance with the general behaviour previously reported for similar samples [11,12,[35][36][37]. Therefore, the incorporation of the Table 3 Mechanical properties of the dry samples and wet samples after saturation by the absorption of two different liquids, motor oil and liquid PDMS.…”

Structural and Mechanical Properties of Silica and Hybrid Aerogels and Xerogels Studied Using Molecular Dynamics Simulations

“…They found that addition of organic components changes the behavior of the material from a brittle solid to a rubber elastomer; a result that was also found by Piñero et al [21] who studied the compressive properties of aerogels produced using the same precursors. From experimental results presented in [20], it is clear that the Young's modulus of the hybrid aerogels is reduced when the amount of organic material added is increased.…”

“…The changes of the mechanical properties of hybrid aerogels are due to the reorganization of the internal structure of the material when the amount of organic material is increased. If the structure has a small organic content, the mechanical response is dominated by the brittle inorganic structure, but when the amount of organic material surpasses a certain level an organic matrix is formed and the material becomes rubbery [20,21].…”

“…2. 21. The fast cooling during the quenching step prevents the system from recrystallizing and leads to the formation of a structure that no longer has long-range order, only short-range order (up to first neighbors) is preserved.…”

“…A power law can be used to describe the relationship between elastic modulus and density. The exponent characterizing that relation is 3.11 ± 0 21…”