静电纺聚碳硅烷制备SiOC超细纤维（英文）

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用静电纺丝法和先驱体转化法制备SiOC超细纤维,研究PCS溶液浓度和表面活性剂对纤维形貌和直径的影响。实验结果表明:添加表面活性剂后,纤维分布均匀,串珠现象消失;通过调节溶液中PCS比例,纤维直径分布范围为500~900 nm。力学性能测试表明SiOC纤维毡的抗拉强度可达8.88 MPa。SiOC超细纤维毡也展现出优异的热稳定性和抗化学腐蚀性能,在苛刻环境中可以作为催化剂载体和过滤材料使用。     

静电纺丝法制备SiC纤维

以聚碳硅烷(PCS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料制得前躯体溶液,采用静电纺丝法制备出PCS/PVP前驱体纤维,经高温分解得到SiC纤维.X射线衍射证实纤维中生成了立方结构β-SiC相.采用扫描电子显微镜(SEM)对前驱体纤维及煅烧后SiC纤维的形貌进行了观察,所制备的SiC纤维直径很小,但均匀性不是很高,且表面依附一层非晶形SiO2薄膜层.     

聚苯胺/聚乙烯醇纳米纤维的制备与表征

以十二烷基苯磺酸(DBSA)为表面活性剂和掺杂剂,通过乳液聚合的方法制备聚苯胺/聚乙烯醇(PANI/PVA)复合乳液用于静电纺丝,制备出超细复合纤维毡,通过SEM、XRD和力学测试表征PANI/PVA超细复合纤维毡的外观形貌、纤维直径、结晶度及其力学性能。结果表明:有机磺酸掺杂后的聚苯胺导电性能达到1.28S/cm;1459cm-1处醌环和苯环上的C=C伸缩振荡峰和1697cm-1处醌环上C=N伸缩振荡峰的聚苯胺特征峰明显;YG006型电子单纤维强力机的测试发现,PANI/PVA纤维集合体的面密度对其力学性能的影响显著;当纺丝工艺条件设定为接收距离18cm、电压24kV时,PANI/PVA纤维直径达到600nm,直径分布小于150nm,PANI微颗粒分散于PVA纤维基体表面。     

熔融纺丝制备聚碳硅烷有机先驱体纤维

运用超声手段将碳纳米管(CNTs)掺混到聚碳硅烷(PCS)中,在先驱体转化法的基础上,通过熔融纺丝、空气不熔化等工艺过程制备出了直径18~20μm的有机混合纤维。研究了掺混CNTs后PCS纤维纺丝工艺的变化,并通过红外光谱及热分析的手段将掺混CNTs的PCS纤维与原PCS纤维进行对比,研究了掺混CNTs后PCS纤维在活化能、反应速率常数及预氧化程度上的变化。结果表明:相同的升温制度下,随着CNTs的加入,PCS纤维的预氧化程度提高了7.51%,PCS纤维的熔融纺丝温度提高了约5℃,压力增加约5个单位。     

PCS先驱体转化法制备SiC涂层的浸渍工艺

在聚碳硅烷（PCS）先驱体转化法制备SiC涂层的浸渍工艺参数中，浸渍溶液的PCS浓度对涂层形貌影响最大，而其他参数的影响很小。当PCS的浓度不大于30％时均可以获得均匀、致密的SiC涂层。随着PCS浓度的增大，涂层厚度增加；单次浸渍可获得的SiC涂层最大厚度为1－2μm。     

碳含量及其结构对SiOC陶瓷纤维抗氧化性的影响

以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)、正硅酸乙酯(TEOS)和苯基三甲氧基硅烷(PTMS)为原料,采用溶胶-凝胶法制备出了致密的SiOC纤维。研究结果表明,通过在VTMS中加入不同比例的TEOS或者PTMS可以把SiOC陶瓷纤维的碳含量在21.8%~30.1%之间调节。纤维中碳的含量和结构对其抗氧化性有显著影响。抗氧化性随着碳含量和碳畴尺寸的增加而下降,以75%VTMS-25%TEOS为原料制备的SiOC陶瓷纤维在空气中氧化时可以在纤维表面形成致密的氧化膜,降低氧扩散速度,使该纤维具有良好的抗氧化性。     

固/液态聚碳硅烷共混制备碳化硅纤维的研究

以超支化液态聚碳硅烷(LPCS)与固态聚碳硅烷(纯PCS)的共混物作先驱体,熔融纺丝;所得原丝再在热空气气氛中氧化交联,在高温氮气气氛中热裂解,得到碳化硅纤维。研究表明,15%(质量分数)LPCS的加入,可使纯PCS先驱体的纺丝温度,从285℃降低到225℃;纺丝性能和纤维表面质量明显提高;还可以提高氧化交联的效率,降低交联温度,从而减少纤维部分融并、粘结的弊端;虽然纤维的室温力学强度有所降低,但抗氧化性能提高,1400℃氧化交联后,力学性能几乎不变;而纯PCS的力学性能却降为原来的50%。     

活性填料在先驱体转化陶瓷基复合材料及其构件中有应用

有机聚合物先驱体由于其分子可设计性好、成型方便、低温裂解转化为陶瓷的特点,在陶瓷纤维和纤维增韧陶瓷基复合材料的制备中表现出极大的优势。针对先驱体转化法体积收缩大、孔隙率高的不足,在先驱体中引入适当的活性填料是解决其不足的有效方法。以聚碳硅烷(PCS)为 SiC 陶瓷的先驱体,以金属(Al、Cr、Mo、Ta、Ti、W、Zr)、非金属(B、Si)及其化合物(CrSi_2、TiH_2、TiB_2)微粉为活性填料,对活性填料控制的 PCS 裂解陶瓷的陶瓷产率、线收缩率、密度、力学性能、产物结构等进行了系统的研究。对活性填料控制的 PCS 先驱体裂解陶瓷的尺寸变化进行了模型分析。从理论上揭示了活性填料的临界体积分数与活性填料反应的产率、反应前后的密度比之间的相关性。通过对 PCS/Al/SiC/N_2裂解体系反应热力学参数的计算,从理论上预测可能发生的反应与不可能发生反应。将热分析反应动力学方法应用到活性填料 Al 控制的 PCS 先驱体的裂解中。分别研究了 N_2中纯 PCS、纯 Al、Al/SiC、PCS/Al/SiC 体系各阶段的表观活化能及其裂解-反应机理函数以 X 射线衍射,电子显微镜元素线扫描等方法对 PCS/Al/SiCN_2体系的裂解-反应机理进行研究。在含活性填料的先驱体转化法制备纤维复合材料的致密化-密度增长模型中,引入体积收缩率的参数,对先驱体转化法纤维复合材料的密度增长模型进行了修正。将活性填料 Al 应用到单向 M40JB 纤维和吉林碳纤维增强 SiC 陶瓷基复合材料及反坦克导弹陶瓷喷管的制备工艺中,并对裂解产物进行了表征,获得很好的效果。这一结果对促进先驱体转化法陶瓷构件在武器装备中的应用具有重要意义。     

聚碳硅烷制备连续SiC纤维的不熔化处理工艺研究进展

综述了先驱体转化法制备SiC纤维过程中聚碳硅烷(PCS)的各种不熔化处理方式及其发展状况.通过不熔化方式对终烧产物SiC纤维性能的比较,讨论了各种不熔化方式的优缺点及其对SiC纤维中氧含量的影响,并指出了制备高性能SiC纤维不熔化技术研究的国内外差距及发展趋势.     

PIP法制备C/SiOC复合材料的微结构演变与力学性能EI北大核心

碳纤维增强硅树脂衍生SiOC(C/SiOC)复合材料具有高性价比的优势,是一种应用前景良好的高温结构材料。以碳纤维针刺毡作为增强体,通过先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备C/SiOC复合材料。在首周期引入热模压交联工艺,通过优化热模压温度和压力,在不破坏针刺毡结构的前提下,有效提高了纤维体积分数和复合材料致密度,使C/SiOC复合材料的室温弯曲强度和断裂韧度分别提升至331 MPa和16.0 MPa·m^(1/2)。对C/SiOC复合材料的致密化过程的结构演变进行了分析,结果表明,基体优先填充纤维束内孔隙,复合材料的孔隙大部分集中分布在Z向纤维附近。随着制备周期的增加,复合材料的孔隙率逐渐降低,孔隙由连通孔转变为孤立孔。经过8周期“浸渍-交联-裂解”工艺,复合材料基本完成致密化。     

Preparation and mechanical properties of silicon oxycarbide fibers from electrospinning/sol-gel process

Silicon oxycarbide (SiOC) fibers were produced through the electrospinning of the solution containing vinyltrimethoxysilane and tetraethoxysilane in the course of sol-gel reaction with pyrolysis to ceramic. The effect of the amount of spinning agent Polyvinylpyrrolidone (PVP) on the dope spinnability was investigated. At a mass ratio of PVP/alkoxides = 0.05, the spinning sol exhibited an optimal spinnable time of 50 min and generated a large quantity of fibers. Electrospun fibers were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermo gravimetric analysis-differential scanning calorimetry (TGA-DSC), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The SEM results revealed that the SiOC fibers had a smooth surface and dense cross-section, free of residue pores and cracks. The XPS results gave high content of SiC (13.99%) in SiOC fibers. The SiOC fibers prepared at 1000 °C had a high tensile strength of 967 MPa and Young's modulus of 58 GPa.     

快速烧结法制备连续碳化硅纤维

通过熔融纺丝，不熔化处理制得连续聚碳硅烷（ＰＣＳ）不熔化纤维，采用快速烧结方法制备出性能较好的连续ＳｉＣ纤维。探讨了气封条件的选择，以及烧结速度对ＳｉＣ纤维的组成，结构及性能的影响。结果表明，快速烧结条件下，可以实现向纤维上施加张力以及纤维的无机化转变，烧结速度加快会降低纤维的Ｃ／Ｓｉ（原子比），同时有利于提高纤维的抗拉强度和热稳定性。     

聚碳硅烷纤维在1 己炔气氛中不熔化处理制备低氧含量SiC纤维

将聚碳硅烷(PCS)纤维在1-己炔气氛中进行化学气相交联不熔化处理, 与空气不熔化相比, 能大大降低纤维的氧含量。PCS纤维在1-己炔气氛中反应, 其组成和结构都发生了变化。结果表明, 在1-己炔气氛中, PCS分子的Si—H键的反应程度和纤维的凝胶含量随温度的升高而逐渐增加。反应机制为1-己炔受热引发PCS分子中的Si—H和Si—CH₃键断裂生成Si自由基和Si—CH₂自由基, 促进PCS分子间形成Si—CH₂—Si交联结构, 最终实现不熔化。反应中有少量己基引入到PCS分子结构中。制得的SiC纤维拉伸强度达到2.79 GPa, 氧含量降低到5wt%~6wt%, 并且纤维的耐高温性能明显优于Nicalon纤维。在Ar气中处理至1300℃, 纤维强度保留率约为80%, 处理至1400℃, 纤维的强度保留率为60%, 并且在1300~1600℃的处理过程中, 纤维中β-SiC微晶的晶粒尺寸变化只有2.18nm。      

Mechanism of cyclohexene vapor curing polycarbosilane fibers

Cyclohexene vapor, instead of air, is applied to cure polycarbosilane (PCS) fibers. The cured fibers are characterized by infrared (IR), electron spin resonance (ESR), elements analysis (EA) and simulated through the HyperChem^TM program for comparison. The curing process is investigated by thermoanalysis. The results indicate that the Si–H and Si–CH₃ bonds in PCS are induced by cyclohexene to cleavage and form Si-central radicals. A fully developed cross-linking fibers come into being through the combination of these radicals, and the byproducts, some cyclohexyls bonded onto PCS derived from cyclohexene, introduce the variations in IR spectra, weight gain and carbon contents increase of PCS. On the basis of investigation and simulation, a likely mechanism of curing reaction is presented.     

异型(三叶型)截面碳化硅纤维制备工艺研究

以聚碳硅烷（PCS）为原料,经不熔化和烧成制得三叶型碳化硅纤维,研究了纺丝温度,压力,收丝速度对纤维异形度和当量直径的影响,研究表明,较低的纺丝温度,适当高的纺丝压力和较低的转速有利于提高纤维的异形度,抗拉强度平均提高约30％。     

聚碳硅烷纤维氧化交联机理的研究

对聚碳硅烷(PCS)原丝在不同氧化交联温度区间生成的逸出产物进行红外、核磁和GC-MAS分析,并结合交联丝的红外分析,推测氧化交联的机理。结果表明,PCS的氧化交联主要是其Si—H氧化生成Si—OH,后者进而彼此缩合生成Si—O—Si交联结构;氧化交联温度高于150℃时,其部分Si—CH3也开始氧化生成Si—OH并进而交联;同时,在氧化交联过程还发生PCS侧链的热裂解,所形成小分子也通过Si—OH彼此结合,形成较大分子,且其分子量随交联温度的提高而提高。因此,要及时排除氧化交联过程废气,以免逸出产物黏附在纤维表面而导致粘结。     

具备吸收雷达波功能的三叶型碳化硅纤维研制

以聚碳硅烷(PCS)为原料,采用熔融纺丝制备三叶型PCS纤维后,经不熔化和烧成制得三叶型碳化硅纤维。研究了纺丝温度、收丝速度等对纤维异形度的影响,并对预氧化和烧成工艺以及吸波性能等进行了研究。研究表明,较低的纺丝温度、适当高的纺丝压力和较低的转速有利于提高纤维的异形度。与相同当量直径的圆形纤维相比,三叶型碳化硅纤维的抗拉强度平均提高约30%,三叶型碳化硅纤维在8~18 GHz范围内具有较好的吸收雷达波性能。      

干法纺丝法制备低氧含量SiC纤维

通过粘度、凝胶含量和XRD等手段研究了聚碳硅烷(PCS)纺丝原液的干法纺丝性能和干纺PCS纤维的自交联过程, 并对所制得的低氧含量SiC纤维的组成、结构和性能进行了表征. 结果表明, PCS/二甲苯纺丝原液的最佳纺丝粘度范围在18.0～22.0Pa·s; 干纺PCS纤维在烧成温度超过250℃后开始发生自交联反应, 在烧成温度超过550℃后, 干纺PCS纤维完全交联形成了“不熔不溶”的网状结构; 干法纺丝法制备得到的SiC纤维与空气不熔化法制得的SiC纤维相比, 氧含量大幅降低, 仅在3.6wt%左右, 结晶度较高, 其耐高温抗氧化性也有明显的改善.     

三维整体编织物增强陶瓷基复合材料的制备工艺及性能表征

本文研究了以连续碳纤维(C_f)三维整体编织物(3D-B)为增强体,以聚碳硅烷(PCS)裂解转化成碳化硅(SiC)为基体的陶瓷基复合材料(CMC)的制备工艺,探讨了不同工艺方法对复合材料微观和宏观性能的影响,并提出进一步改善制各工艺,提高复合材料性能的途径。研究结果表明,采用聚碳硅烷/二乙烯基苯(PCS/DVB)体系浸渍经交联固化后可以大大缩短裂解时间,致密化效率较聚碳硅烷/二甲苯溶液(PCS/Xylene)体系有着显著提高。对于3D-B C_f/SiC CMC用PCS/DVB体系浸渍经7个浸渍裂解周期后试样密度为1.65g/cm3,弯曲强度达326MPa,断裂韧性K_IC为13.72MPa·m1/2;用PCS/Xylene体系浸渍的试样密度为1.54g/cm3,弯曲强度为243MPa,断裂韧性K_IC为8.19MPa·m1/2。研究中利用扫描电镜观察了弯曲试样的断口以分析材料破坏时纤维的断裂、拨出形貌。