聚碳硅烷纤维的不熔化与SiC纤维制备研究

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,在高压釜内高温高压反应制备了聚碳硅烷(PCS)先驱体,经熔融纺丝制备了PCS纤维,研究了在190 C下不同不熔化时间对PCS纤维氧化增重、Si-H键反应程度、凝胶含量、氧含量及最终SiC纤维氧含量与性能的影响.研究表明,在不熔化过程中,PCS结构中的Si-H键与氧反应,在PCS分子间形成Si-O-Si交联结构.随着不熔化时间的延长,PCS纤维发生氧化增重、Si-H键反应程度提高、凝胶含量增加,SiC纤维中氧含量也逐渐增加.在不熔化保温3h,制备的SiC纤维强度可达2.52GPa.随着不熔化时间的进一步延长,SiC纤维氧含量增加,其强度逐渐降低.     

自由基引发活性聚碳硅烷交联及其在制备SiC纤维中的应用

在基于先驱体聚碳硅烷转化制备SiC陶瓷纤维过程中,交联过程是保持纤维形貌和提高陶瓷产率的必要条件。本研究以含丙烯酸酯基的聚碳硅烷(A-PCS)为原料,通过引入自由基热引发剂在热解升温过程中实现原料的交联成型。采用红外光谱仪(FT-IR)和差示扫描量热仪(DSC)研究了引发剂含量对A-PCS交联程度、交联速率以及热降解速率的影响规律;采用热失重(TG)、元素分析仪和X射线衍射仪(XRD)分析了陶瓷产率、陶瓷产物组成以及无定形态随温度的变化。研究结果表明:加入自由基热引发剂可提高A-PCS中的丙烯酸酯基的交联速率,减少交联阶段的热失重;将质量百分比为1%自由基热引发剂的A-PCS以5℃/min升至250℃时,丙烯酸酯基反应完全,1500℃的陶瓷产率为69.5%;通过静电纺丝加工工艺可获得直径介于2～5μm的A-PCS原丝,并通过后续升温热解转化为SiC纤维;所得SiC纤维形貌规整、无熔并现象,且随着热解温度的升高从无定形态向结晶形态转变。     

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%。     

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.     

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。     

异型截面聚碳硅烷纤维的制备

以聚碳桂烷为原料,运用三叶型纺丝组件,通过熔融纺丝,制备出了异型截面聚碳硅烷纤维。研究了纺丝温度、压力、牵伸速度对纤维异形度和当量直径的影响,确立了异型截面聚碳硅烷纤维的溶融纺丝工艺。     

SiC纤维先驱体—聚碳硅烷的催化合成

研究了在硼酸丁酯存在下由低分子聚硅烷（ＬＰＳ）合成聚碳硅烷（ＰＣ）的反应。结果表明，硼酸丁酯具有催化聚合的作用，可在较低温度下合成较高分子量的产物。研究了合成条件对产物特性的影响，并对催化作用原理进行了分析与讨论。     

聚碳硅烷和二乙烯基苯的交联及纳米SiC陶瓷的制备

碳化硅基复合材料是理想的高温结构材料,以聚碳硅烷(PCS)作为碳化硅陶瓷的先驱体,二乙烯基苯(DVB)为交联体,通过改变二者的配比研究了PCS与DVB的交联反应以及PCS/DVB交联体的热裂解过程。通过傅立叶红外光谱详细研究了PCS/DVB配比变化对PCS与DVB的交联反应和交联体微观结构的影响,PCS/DVB配比最终决定碳化硅陶瓷的产率,当PCS/DVB配比为1∶0.5时,经1500℃热裂解后碳化硅陶瓷产率最高,达到63.1%,热裂解产物为纳米碳化硅,粒径为10-40nm。用SEM和XRD研究了不同PCS/DVB配比交联体热裂解产物的微观结构和相组成,通过热重分析研究了PCS/DVB配比为1∶0.5时交联体的热裂解过程,在400-800℃,PCS/DVB交联体失重显著,在800℃热裂解过程基本完成,PCS/DVB配比为1∶0.5时能够制备出纳米碳化硅基复合材料。     

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。      

聚碳硅烷纤维的辐照氧化联合热处理研究

空气气氛下采用γ射线辐照处理聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS)纤维,再于N2气氛下进行热处理.研究了辐照氧化及热处理过程中PCS纤维的质量、化学结构、凝胶含量的变化及热分解特性,分析了热处理对纤维不熔化的影响.研究表明:有氧辐照过程中,PCS纤维增重明显,到1.0 MGy时增重可达16.6％.经热处理后...     

静电纺聚碳硅烷制备SiOC超细纤维

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。     

木质包装废弃物热化学反应转化特性研究

采用热重红外联用分析和热解气质联用分析技术,考察了红橡木材包装废弃物的热分解、气相组分生成及分布规律。研究表明:在800℃终温和10℃/min的升温速率条件下,红橡木材包装废弃物的主要热解阶段集中在220～385℃,失重率为78.99%;高温区热解活化能明显低于低温区,说明随着温度的升高较容易发生热解反应;热解初期主要是水分和部分酸类、醛类物质的析出,主要热解阶段为H2O,CO2,CO,CH4和酸类、醛类、酯类等的大量析出,在热解后期主要为CO2和CH4的析出;热解析出的气体主要为含氧官能团的有机化合物,包括酸类(19.29%)、醛类(15.14%)、酯类(9.97%)、酮类(9.00%)、糖类(8.59%)、酚类(5.29%)、醇类(3.63%)等。     

聚碳硅烷的普适标定及Mark-Houwink常数的确定

通过沉淀分级和凝胶色谱(GPC)分级制备了窄分布的聚碳硅烷(PCS),并用多角度激光光散射(MALLS)和GPC分别测定其绝对分子量和分子量分布。采用试差拟合的方法定制了PCS的标定曲线,并用该标定曲线和普适标定方程,确定了25℃时,PCS在四氢呋喃(THF)中的Mark-Houwink常数(K=6.8×10-4mL/g,α=0.855)。经验证,PCS与聚苯乙烯(PS)在THF中符合普适标定关系。     

聚碳硅烷熔体的稳态流变性能

采用自制装置对聚碳硅烷(PCS)熔体进行预处理。通过预处理获得三种不同分子量的PCS,并对其进行物理化学和稳态流变性能测试。结果表明,预处理后的PCS其数均分子量为1000 g/mol~1400 g/mol,属低聚物。在温度范围240℃~260℃和剪切速率范围0.001 s-1~10 s-1内有明显的剪切变稀现象。在测试的温度范围内,剪切变稀区的非牛顿指数随温度升高先减小后增大。预处理后的PCS粘流活化能为120 kJ/mol~180 kJ/mol,比一般高聚物的高得多。     

用热化学反应法制备金属陶瓷涂层工艺的研究

研究用热化学反应法在金属表面制备陶瓷涂层的工艺，并对涂层的相结构及显微组织进行分析。结果表明，采用该工艺可以在金属表面获得连续、致密且与基体结合良好的陶瓷涂层。腐蚀试验证明，采用本工艺在４５号钢表面涂覆陶瓷后可使其抗蚀性显著提高。     

活性填料钽在聚碳硅烷转化陶瓷中的应用

研究了活性填料坦（Ta)在聚碳硅烷（PCS）先驱体转化陶瓷中的应用。研究表明,活性填料Ta能有效降低陶瓷素坯的气孔率。Ta可与PCS气态裂解产物N2气氛反应生成新的化合物,提高PCS的陶瓷产率。Ta还能提高烧成体的强度。但是Ta的引入并不能抑制坯体在裂解过程中的收缩。Ta含量越高,陶瓷烧成体的线收缩越大。