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纳米多孔SiO2气凝胶材料具有低密度、低导热系数、超疏水性、耐高温等优点，在隔热保温领域具有广阔的应用前景，但其力学性能差，需要通过增强手段使其达到工程应用的要求。纤维增强法是改善SiO2气凝胶隔热材料力学性能的有效方法，研究纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料性能的影响因素及优化方法，对于提高SiO2气凝胶复合材料性能及其在隔热保温和建筑节能领域的应用具有重要的意义。本文以增强SiO2气凝胶力学性能并维持其良好的隔热性能为研究目标，首先通过对SiO2气凝胶常压干燥制备工艺的研究和优化，制备出了高孔隙率（94.9%）、高比表面积（867.9m2/g），纳米孔径（510nm）的SiO2气凝胶，其导热系数为0.0221W/（m·K），疏水角为159.8°，抗压强度和抗折强度分别达8.5MPa和0.07MPa，表现出超低的导热系数和较好的力学性能。分别以玻璃纤维、涤纶纤维和静电纺纤维为增强相，制备出三种纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料，研究了纤维类型、纤维添加量和SiO2气凝胶与纤维的表面结合对SiO2气凝胶隔热复合材料性能的影响。结果表明，玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料具有更好的力学强度、热稳定性和耐火性能，而且导热系数仅为0.0252W/（m·K）；涤纶纤维和静电纺纤维的增强则使SiO2气凝胶材料具有良好的柔韧性；纤维的比表面能越高，尺度与气凝胶的尺度越接近，纤维与SiO2气凝胶的表面结合和力学性能越好。玻璃纤维和涤纶纤维的添加量分别为3wt%4wt%和1wt%2wt%时气凝胶复合材料具有超级绝热性能，而静电纺纳米纤维的添加量为10wt%时气凝胶复合材料具有较低的导热系数和较好的力学性能。通过铺层设计制备出六种铺层结构的有序玻璃纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料（即LLLL，LTLL，LTTL，LTLT，LLTT，LTTT），研究发现复合材料的压缩性能随纤维层正交次数的减少而增大，而弯曲弹性模量则随纤维层在与受力角度垂直方向上的层数增加而增大；SiO2气凝胶复合材料的导热系数具有各向异性，层间导热系数（T方向）约为0.026W/（m·K），而L方向导热系数约为0.057W/（m·K），因此可通过铺层设计实现SiO2气凝胶隔热复合材料力学和热学性能的可控设计和优化。