SiC－C纤维有机先驱体流变可纺性研究

用SiC纤维的先驱体聚碳硅烷与碳纤维先驱体沥青共混得到叮制备SiC-C纤维的先驱体PC-P共混物。它的流变纺丝性与组份聚碳硅烷和沥青的性质相关,只有两组份的可纺丝温度区间叠合,才可以得到可纺性好的PC-P共混先驱体。此研究结果对SiC-C纤维选择聚碳硅烷和沥青组份及共混工艺有指导意义。      

SiC-C纤维的研制

用聚碳硅烷(PCS)与煤沥青(P)共混,制得了PCS-P共混物。该共混物经熔融纺丝、不熔化处理、高温烧结成形,制得SiC-C纤维,其电阻率随沥青含量增加而减少,强度和模量随沥青含量增加而降低。该共混物是一种既有较高强度又能控制电阻率的新型混杂纤维,可用于结构吸波材料。     

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%。     

先驱体转化法制备低电阻率Si-O-C纤维

通过采用将聚二甲基硅烷（PDMS）与聚氯乙烯（PVC）共裂解合成碳化硅－炭纤维先驱体,并经熔融纺丝及不熔化处理,最后经过烧成制得Si-C-O陶瓷纤维。讨论了影响合成产物的因素。研究表明纤维的强度随纤维中碳含量增加而下降。纤维的电阻率比单纯通过聚碳硅烷纤维得到SiC纤维大大降低。     

由PDMS与PVC共热解聚碳硅烷制备SiC-C纤维

以聚二甲基硅烷(PDMS)与聚氯乙烯(PVC)为原料,经过共热解聚合反应合成了聚碳硅烷(PCS P),并制备出SiC C纤维.利用IR、XRD、XPS等分析方法对先驱体PCS P与SiC C纤维的组成、结构与性能进行了研究.结果表明,在PVC的引入量适当的条件下,通过共热聚将少量的短碳链引入到聚碳硅烷结构中,使SiC-C纤维的电阻率显著降低到10-1～101Ω·cm,并保持了良好的结晶性和耐氧化性.     

“结构吸波材料研究”通过阶段鉴定

由国防科技大学五系承担的“结构吸波材(?)究”预研课题3月10日在北京通过阶段鉴定。国家科委结构材料专家组、国防科工委军用新材料应用研究专业组、隐身专家组、国防科工委预研局、有关科研院所及大专院校的专家和代表参加了鉴定会。用聚碳硅烷与精制煤沥青共混,经高温烧结制得SiC-C纤维,将其与聚酰亚胺改性环氧     

含乙烯基的聚碳硅烷的合成

利用聚碳硅烷与甲基乙烯基硅氮烷共混热聚反应 ,制得了含乙烯基的聚碳硅烷。分析了甲基乙烯基硅氮烷的结构 ,讨论了两者共热聚的反应过程 ,研究了制备条件对产物性能的影响。通过熔融纺丝制得了含不同乙烯基的适于电子束辐照的聚碳硅烷纤维。     

具有优异纺丝性的陶瓷先驱体含铝聚碳硅烷的合成及表征

选择适当分子量的低分子量聚碳硅烷与Al(AcAc)3在自制常压高温合成装置中合成了含铝碳化硅纤维的先驱体--聚铝碳硅烷(polyaluminocarbosilane,PACS).并对PACS进行了软化点测试、傅立叶红外光谱(FT-IR)分析、凝胶渗透色谱(GPC)测试、元素分析以及可纺性研究.由中等分子量聚碳硅烷为原料合成出的软化点为194.8～220.1,Si-H键含量为0.857,数均分子量为2353,分子量分布呈"双峰"分布的PACS,经熔融纺丝得到了直径为5μm、表面光滑、直径均匀的原丝,表现出了优异的纺丝性能.     

富碳的Si-Ti-C-O纤维的制备及其性能研究

以聚硅烷（PS）,聚氯乙烯（PVC）和钛酸四丁酯（Ti(OBu)4合成含碳量不同的聚钛碳硅烷（TPO）先驱体,经熔融纺丝,不熔化处理,高温烧成制备出具有较好工艺性能和电阻率为10^3-10^0Ω.cm,的富碳Si-Ti-C-O纤维,运用IR,GPC,VPO等分析手段系统地研究了富碳PTC先驱体的合成,讨论了含碳量对纤维的制备工艺及纤维性能的影响。     

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。     

B-C掺杂SiC纤维的制备及其性能研究

以聚碳硅烷、聚硼硅氮烷和二甲苯可溶沥青为原料通过低温共混得到了一种B-C掺杂SiC前驱体, 再经熔融纺丝、预氧化以及高温热处理制得B-C掺杂SiC纤维。采用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对B-C掺杂SiC前驱体及其纤维的组成和微观结构进行了分析和表征, 主要研究了热处理温度对纤维组成、结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明: 硼的引入有效地抑制了高温热处理过程中SiC晶粒的长大, 提高了C掺杂SiC纤维的稳定性; B-C掺杂碳化硅纤维经1600 ℃处理后主要由β-SiC组成, 并含有少量的O、B和N。B-C掺杂SiC纤维抗氧化性能优于C掺杂SiC纤维, 这主要归因于掺杂纤维在高温氧化过程中形成的硼硅酸盐玻璃膜对其内部的沥青炭起到了很好的氧化防护作用。     

Tailoring structures and properties of mesophase pitch-based carbon fibers based on isotropic/mesophase incompatible blends

Blends composed of isotropic and mesophase pitches in various proportions were used as precursors for carbon fibers. The effects of composition on the morphology of blends, precursor spinnability, transversal texture, and mechanical properties of the final carbon fiber were studied. The blends are binary incompatible phase-separation systems. When the content of isotropic pitch is ≤30 %, it is distributed uniformly in the mesophase matrix as spheres; whereas, complete phase inversion occurs when the content is ≥35 %. Blends containing isotropic pitch in dispersion phase show good spinnability and small-diameter fibers can be continuously drawn. The transversal texture of carbon fibers is transformed from a radial type with a crack along the fiber axis to an intermediate morphology between radial and random type by blending 20–30 % isotropic pitch. The tensile strength of carbon fibers with 20–30 % IPc is 2.5 times as high as the AR-based CF without the reduction of Young’s modulus.     

陶瓷前驱体配比对Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料抗氧化性能的影响

以SiC、ZrC、ZrB₂前驱体和二甲苯可溶煤沥青为原料共裂解制备了Si-Zr-B掺杂沥青, 掺杂沥青经共炭化、冷压成型以及高温热处理得到了Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料。采用XRD、SEM、EDS等手段分析了掺杂沥青基炭材料的组成和微观形貌, 并研究了其在1500℃静态空气环境中的氧化行为。结果表明, 随着SiC前驱体含量的降低, Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料的失重率呈现先减少后增大的趋势, 当原料中SiC、ZrC和ZrB₂前驱体质量比为1:2:1时, 所制备的样品具有较好的抗氧化性能, 它在1500℃氧化4 h, 失重为27.5wt%, 氧化深度为0.7 mm。在Si-Zr-B掺杂沥青基炭材料表面氧化形成的致密的SiO₂-ZrO₂-B₂O₃玻璃态阻氧层可以有效降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率, 提高其抗氧化性能。     

Blending mesophase pitch to improve its properties as a precursor for carbon fibre Part 1 Blending of PVC pitch into coal tar and petroleum-derived mesophase pitches

The blending of mesophase pitch with isotropic PVC pitch was studied to improve their properties as a precursor for carbon fibre. PVC pitch prepared at 420° C which remained almost isotropic was found to be miscible with coal tar-derived mesophase pitch without reducing the anisotropic content and spinnability. The tensile strength of pitch fibres remained unchanged by the blending; however, the reactivity for stabilization was enhanced. The resultant carbon fibres from the blend exhibited slightly higher tensile strength. In contrast, petroleum-derived mesophase pitch failed to dissolve the PVC pitch, leaving a number of isotropic droplets. The structural factors of mesophase pitches with regard to their compatibility with PVC pitches are briefly discussed.     

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2~5 μm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。     

先驱体转化法制备碳纤维增强碳化硅复合材料的研究

本文采用有机硅先驱体聚碳硅烷转化成碳化硅制备连续碳纤维增强的碳化硅基复合材料。对其制备工艺,如碳纤维体积分数的控制、液相浸渍聚碳硅烷热解转化成碳化硅基体的致密化等进行了研究。结果表明,该工艺对制备连续纤维增强的陶瓷基复合材料是一种有效的方法,易于实现纤维和基体的成型、复合。致密化过程不损伤纤维。对其C/SiC复合材料的性能进行了表征,C纤维具有明显增韧碳化硅的效果,其断裂机制表现为韧性特征。     

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％。     

沥青基炭纤维的制备及其表征

石油沥青在氮气氛中420℃热缩聚7h,制得软化点为295℃的炭纤维前驱体沥青.此前驱体沥青在单孔纺丝器中熔纺获得沥青纤维.将沥青纤维于空气中320℃稳定化处理,最后在氮气流中1000℃炭化制成炭纤维.应用SEM、TGA、FTIR和XRD对石油沥青、前驱体沥青、沥青纤维、预氧化纤维和炭纤维分别进行表征.发现:前驱体沥青中含有质量分数70.5%中间相组分,炭纤维具有径核结构,其最大抗拉强度为650MPa.