水凝胶具有吸收水而不溶于水的优点,可被作为冷却降温材料使用。当水凝胶受到温度和光照作用时,会发生响应使得尺寸形态发生变化,因此将其作为冷却降温材料使用时需对其进行加固以维持结构稳定。此外水凝胶力学性能较差,受力作用极易破损,这些缺陷极大地限制了水凝胶在冷却降温领域的应用。为了改善水凝胶的物理机械性能,并探索其覆盖于建筑物表面后的冷却降温效果,本文在PAAM水凝胶制备过程中引入热风粘合成型的涤纶/木棉絮片作为增强材料,制备了力学性能和尺寸稳定性较好的纤维增强水凝胶,并使用LED光源模拟太阳照射,系统研究了水凝胶作为降温材料覆盖屋顶后建筑物内部的热循环过程,阐明了水凝胶的冷却降温机理。本课题主要研究内容和结论如下:(1)纤维增强水凝胶(TRH)的制备和表征在聚丙烯酰胺的混合物溶液中加入涤纶/木棉絮片并使用自由基溶液聚合的方法制备纤维增强水凝胶(TRH)。成型的TRH水凝胶相较PAAM水凝胶气泡更少,成型更好。SEM分析发现TRH水凝胶表面具有均匀致密的蜂窝状孔洞结构,这些孔洞结构为水分运输提供了通道,TRH水凝胶中的木棉大中腔结构完整,也可以为水分提供通道。此外TRH加入了涤纶/木棉絮片,纤维穿插在孔洞之间,形成三维网络结构,一定程度上增加水凝胶的机械性能。红外光谱图表明TRH和PAAM水凝胶具有相同的特征吸收峰,表明聚合物溶液在纤维絮片中反应较好。TRH水凝胶中无其他特征峰说明TRH中的涤纶/木棉絮片没有和化合物溶液发生反应。(2)TRH溶胀性能和力学性能测试TRH水凝胶在水平方向上吸水溶胀后尺寸变化不明显,在垂直方向上吸水溶胀后尺寸变化明显,表明TRH水凝胶在垂直方向的吸水能力较好。对于水凝胶整体的溶胀性能,TRH水凝胶的溶胀比和平衡溶胀度均低于PAAM水凝胶。对于未溶胀状态下的水凝胶,TRH水凝胶的杨氏模量是PAAM的5倍;当以40%的形变率压缩时,TRH水凝胶的应力为PAAM水凝胶的6倍,TRH比PAAM强度更高。但是由于TRH水凝胶中加入的纤维絮片限制了其在水平方向的变形能力,所以当垂直方向被大幅度压缩(45%)后,水平方向的伸长变形超过了TRH水凝胶的极限,内部纤维絮片受到不可逆破坏,导致TRH水凝胶整体结构受损。对于达到溶胀平衡状态的水凝胶,TRH水凝胶的杨氏模量是PAAM水凝胶的6倍,TRH水凝胶的压缩强度优于PAAM,但是最大形变率低于PAAM水凝胶。两种水凝胶溶胀后机械性能均降低,但是TRH水凝胶的机械性能依旧优于PAAM水凝胶。(3)TRH在建筑物表面的应用使用LED灯模拟太阳光源,并将水凝胶铺在自行搭建的小屋表面,探究相同小屋表面未铺水凝胶、铺TRH和PAAM水凝胶的情况下,屋顶上下表面和屋内空气的温度变化规律,结果发现在小屋表面铺TRH水凝胶时,对小屋冷却降温的效果更明显。对水凝胶进行光照和吸水的循环实验,研究了光照消溶胀和吸水溶胀循环过程中水凝胶边长、厚度和重量变化趋势,结果表明TRH水凝胶光照和吸水过程中边长变化较小,水平方向上的尺寸较稳定;在垂直方向上,TRH水凝胶光照和吸水后,TRH厚度变化较明显。此外TRH水凝胶光照和吸水过程中失水速度和吸水速度均高于PAAM水凝胶,且光照后对水凝胶进行溶胀,TRH水凝胶的溶胀性能优于PAAM,表明光照后PAAM水凝胶的结构遭到破坏。根据推导的辐射热传递系数估算屋顶表面温度,计算了在环境温度为30℃,日照时长为6小时,空调维持室温20℃情况下,覆盖TRH水凝胶1年内可节省651度电,少排放365kg的二氧化碳。