莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的力学性能试验

为了探究莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的拉伸和层间剪切性能,开展了相关试验。首先,进行了复合材料在室温下的面内拉伸试验,获得了复合材料的室温面内拉伸模量;然后,采用引伸计方法和数字图像相关法分别对拉伸变形进行测量,并对2种方法进行了对比分析;最后,开展了不同温度下的层间剪切试验,研究了复合材料在不同温度下的层间剪切性能,并对其微观结构进行了分析。结果表明:复合材料的拉伸模量约为285.17 MPa;由引伸计方法测得的拉伸变形计算出的拉伸模量比数字图像相关法获得的拉伸模量高2.4%;在室温和高温下,试样呈现明显的层间剪切破坏;对复合材料的微观分析发现,SiO_2气凝胶基体主要分布在层间区域,增强纤维主要分布在铺层内。所得结论表明莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料拉伸和层间性能较差,当承受层间载荷时,SiO_2气凝胶基体起主要作用,且温度对复合材料的性能影响较大。     

硅改性酚醛/碳纤维复合材料的制备及烧蚀性能

针对酚醛树脂(RF)耐热性不足、抗烧蚀性能差,且SiO₂粒子与酚醛树脂相容性的问题,采用共凝胶法制备纳米级的SiO₂/RF杂化气凝胶,通过构建凝胶网络互穿结构,增加两相相容性,探究SiO₂/RF杂化气凝胶的微观结构、化学结构和热物理性能。制备得到硅改性酚醛/碳纤维复合材料,并对改性前后复合材料的烧蚀性能进行比较。结果表明,不同硅含量的杂化气凝胶具有凝胶骨架和孔隙双连续的结构特性,密度分别在0.145～0.160 g/cm³之间。随着硅含量提高,杂化气凝胶残留率增加,Si—O键吸收振动峰更明显,但XRD无衍射峰。综合考虑孔径分布及热物理性能,选取性能最优的杂化气凝胶制备硅改性酚醛/碳纤维复合材料,改性后复合材料的质量烧蚀率为0.046 g/s,线烧蚀率为0.074 mm/s。与未改性的复合材料相比,质量烧蚀率降低了20.7%,线烧蚀率降低了21.3%,改性后材料的抗氧化性和烧蚀后的残留率得到明显提升。     

掺杂TiO2对硅气凝胶高温绝热性能的影响

以TiO2作为红外遮光剂,采用溶胶凝胶工艺,研究了遮光剂添加量、超声功率和时间、pH值等对硅气凝胶性能的影响,从而制备出具有高温绝热性能的硅气凝胶。利用扫描电子显微镜(SEM),BJH比表面积及孔结构测定,红外线光谱分析仪(FT-IR)等手段对所得样品进行表征。结果表明:当TiO2掺量为5%时,表观密度为0.122g/cm3,比表面积497.23m2/g,平均孔径24.8nm,孔隙率高达95%。     

复配偶联剂对SiO_2/聚四氟乙烯复合材料性能的影响

制备了不同组分配比的氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)-苯基三甲氧基硅烷(Z6124)复配偶联剂(KH550-Z6124)改性SiO2/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,系统地研究了KH550-Z6124组分配比对复合材料介电性能、吸水率和导热性能的影响。采用Lichtenecker模型计算了SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗理论值,并与实验值进行对比。结果表明:当KH550、Z6124的含量(以SiO2的质量为基准)分别为0.3wt%和1.7wt%时,KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电损耗由Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的1.7×10-3降低至1.0×10-3,吸水率由0.082 6wt%降低至0.020 3wt%,导热率提高66%;SEM形貌分析发现KH550-Z6124改性SiO2颗粒在PTFE基体中均匀分散,界面连接更紧密;KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗实验值更接近其理论值。     

SiO_2气凝胶的力学性能增强研究

在硅浓度一定的前提下,分别采用莫来石纤维复合及六亚甲基二异氰酸酯单体(HDI)修饰两种方式对氧化硅气凝胶进行力学性能增强,并对其进行结构与力学性能的表征。结果表明,在力学性能方面,两种增强方式的SiO2气凝胶弹性模量分别为134.06MPa、116.78MPa,分别增加了16倍和12倍;有机物修饰后的气凝胶屈服强度远大于纤维增强的气凝胶。在微结构方面,纤维增强气凝胶的纳米多孔结构无明显变化,而有机物修饰气凝胶的比表面积略有下降,孔径尺寸变小。增强型气凝胶大大增加了其在多个领域的实际应用。     

莫来石纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶及超临界干燥技术制备了掺杂莫来石纤维的SiO2气凝胶复合材料,并对材料的热学性能和力学性能进行了测试,结果表明:SiO2气凝胶复合材料的热导率与其密度、温度和纤维添加量有关;添加莫来石纤维可以明显提高SiO2气凝胶的弹性模量和机械强度,改善材料的力学性能;莫来石纤维添加量控制在3%左右可以使SiO2气凝胶材料保持较低的热导率和较高的机械强度.     

掺杂六钛酸钾晶须SiO_2气凝胶复合材料的研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,在溶胶-凝胶过程中添加六钛酸钾晶须制备SiO2复合凝胶,通过表面改性和超临界CO2干燥技术获得了大块无裂纹的SiO2气凝胶复合材料。由分析可知,SiO2溶胶的凝胶时间与溶胶体系酸碱性有密切关系,而掺杂不同含量的六钛酸钾晶须对凝胶时间无显著影响;用红外光谱(FT-IR)、BET技术等进一步对其表征,结果表明,制备的样品密度范围为0.20g/cm3~0.29g/cm3,经过疏水改性后,气凝胶表面存在大量憎水基团。BET检测显示,SiO2气凝胶复合材料比表面积达到700m2/g以上,平均孔径为18nm左右,是一种轻质纳米多孔材料。     

SiO_2含量对PI/SiO_2杂化薄膜性能的影响

聚酰亚胺与SiO2杂化形成的有机-无机杂化薄膜体现出了优异的综合性能,在催化与分离、微电子、光电和绝热材料等领域具有广泛的应用及发展潜力。杂化材料相关的研究也越来越多,就SiO2含量对聚酰亚胺/SiO2杂化薄膜的光、电、热和力学性能的影响进行综述,总结了杂化薄膜的性能随SiO2含量变化而变化的基本规律。     

纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的制备方法与性能关系

采用超声分散、机械剪切搅拌和纳米SiO_2粒子表面处理等多种分散工艺,制备了纳米SiO_2/环氧树脂复合材料。采用SEM、电子拉力机、粘弹谱仪和脉冲声管测试系统分别研究了纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的微观结构、拉伸性能、动态力学性能和水声性能。结果表明,超声波分散法以及预处理法能够将纳米SiO_2粒子均匀分散在环氧树脂基体中,并且SiO_2粒子呈纳米尺度分布在环氧基体中。相对纯环氧树脂材料,纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了5%—30%,伸长率提高了2%—14%;储能模量随纳米SiO_2粒子的加入与均匀分散而提高,损耗因子则略有下降;吸声系数相对纯环氧树脂材料提高了6—10倍;而且纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的常规力学性能、动态力学性能以及水声性能受纳米粒子的分散效果影响明显,分散越均匀,变化越大。     

偶联剂对EVOH/纳米SiO_2复合材料结构与性能的影响

采用不同的偶联剂KH550、KH560、KH570和KH8431对纳米SiO2进行表面改性,采用熔融共混法将未改性和改性纳米SiO2(5%(质量分数)SiO2)与EVOH共混制成复合材料,并吹塑成薄膜。利用FT-IR、TEM、SEM对不同偶联剂处理的纳米SiO2和复合材料的结构进行表征,并对复合材料的流变性能、阻隔性能、力学性能、耐热性能和透明性进行了表征。结果表明,纳米SiO2与4种偶联剂均形成化学键合,改性纳米SiO2比未改性纳米SiO2在EVOH中分散性好,加工时熔体的流动性更好。用KH550处理的纳米SiO2在EVOH中分散性最好,与EVOH能形成较大界面相互作用力,与EVOH/未改性纳米SiO2复合材料相比,EVOH/改性纳米SiO2复合材料的拉伸强度和储能模量分别提高17.2%和136%,透湿、透氧系数分别下降11.2%和9.5%,透光率达到74.9%,雾度为14.9%。     

二氯硅酞菁染料在SiO2介质中的掺入及光学效应

用溶胶－凝胶低温合成非晶态技术，成功地把二氧化硅钛菁染料掺入到SiO2无机凝胶介质中。对材料的吸收特性作了测定与讨论。用脉宽8ns，波长532nm的Nd^2 ：YAG激光对凝胶固体材料的光限幅效应作了初步的研究。     

SiO2包覆对片状金属磁粉微波介电常数的影响

对片状金属磁性微粉进行表面改性，获得金属磁粉／SiO2核-壳结构复合粒子。用SEM对磁粉表面SiO2纳米粒子膜的形貌进行表征，并研究了共溶剂类型、加料工艺等因数对二氧化硅包覆膜的影响以及正硅酸乙酯（TEOS）量对金属磁粉／SiO2复合粒子电磁参数的影响。结果表明以异丙醇为共溶剂，采用逐滴滴加TEOS的方式获得的SiO2包覆膜比较致密均匀；SiO2纳米粒子吸附在磁粉表面，形成高电阻率的包覆膜，导致其介电常数下降。     

SiO2／TiO2复合薄膜光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉法在玻璃表面镀制了SiO2/TiO2复合薄膜,以SEM,XPS,UV-Vis等手段对其进行了表征;通过对亚甲基蓝的降解反应,研究了SiO2/TiO2复合薄膜在紫外光下的光催化性能。结果表明:在玻璃片上预镀SiO2层使TiO2薄膜中的Na 和Mg2 含量明显降低,同时,有利于TiO2薄膜中晶粒的长大,提高了光催化性能。     

SiO2包覆对片状金属磁粉微波介电常数的影响

对片状金属磁性微粉进行表面改性,获得金属磁粉/SiO2核-壳结构复合粒子.用SEM对磁粉表面SiO2纳米粒子膜的形貌进行表征,并研究了共溶剂类型、加料工艺等因数对二氧化硅包覆膜的影响以及正硅酸乙酯(TEOS)用量对金属磁粉/SiO2复合粒子电磁参数的影响.结果表明以异丙醇为共溶剂,采用逐滴滴加TEOS的方式获得的SiO2包覆膜比较致密均匀;SiO2纳米粒子吸附在磁粉表面,形成高电阻率的包覆膜,导致其介电常数下降.     

Al/SiO2复合粒子制备及其催化性能研究

文章利用溶胶一凝胶法,以超细铝粉为核,SiO2为膜,制备了包覆式超细Al／SiO2复合粒子。采用扫描电镜、X射线光电子能谱、红外光谱等方法对包膜的效果进行了表征分析。分析结果表明：制备的Al／SiO2复合粒子表面的SiO2膜均匀致密。运用差热分析法（DTA）研究了制备的肼SiO2复合粒子对高氯酸铵（AP）热分解性能的影响。结果表明：与添加5％纯Al粉的AP相比,添加5％Al／SiO2复合粒子的AP,其高温放热峰温降低了29．73℃,表观分解热增加了616．8J／g。表明Al／SiO2复合粒子比纯Al粉对AP热分解具有更好的催化作用。     

采用Ag-Cu-Ti钎料真空钎焊SiO2f/SiO2复合陶瓷与C/C复合材料

分别在880℃/10min和880℃/60min规范下,采用Ag-Cu-Ti活性钎料实现了SiO2f/SiO2复合陶瓷与C/C复合材料的真空钎焊连接,通过电子探针(EPMA)、能谱仪(XEDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了接头微观组织,室温下测试了接头的抗剪强度。结果表明:两种规范下所得接头界面结合良好,接头中靠近两侧母材均形成了一层扩散反应层,钎缝基体主要由均匀的共晶组织组成。880℃/10min规范下钎焊接头界面产物依次为:SiO2f/SiO2→Ti4O7→Ti5Si4+Cu(s,s)+Ag-Cu共晶合金→TiC→C/C;对于880℃/60min规范下的接头,界面组织结构与保温10min的接头基本类似,但是不存在Cu(s,s),并且接头反应层明显增厚。880℃/60min条件下所得钎焊接头剪切强度平均值为16.6MPa。     

SiO2/ZnO复合纳米粒子的摩擦学和修复性能

用化学方法制备了SiO2/ZnO复合纳米添加剂,通过四球机和环-块试验机分别考察了其在矿物油中的抗磨减摩和修复性能.用扫描电镜观察分析磨斑表面的形貌,并探讨其润滑和修复机理.结果表明:SiO2/ZnO复合纳米粒子添加剂具有优良的减摩、抗磨和修复性能.其润滑和修复机理是由于SiO2/ZnO复合纳米粒子在摩擦表面沉积并在接触区的高温高压下熔融铺展形成低剪切强度的表面膜,由于这层膜的剪切强度比较低,可以减少摩擦界面的粘着磨损,故表现出良好的减摩抗磨和修复性能.     

ESBR/SiO2胶乳的破乳动力学及复合材料性能

系统探究了NaCl和CaCl2溶液絮凝乳聚丁苯橡胶/白炭黑(ESBR/SiO2)胶乳的行为及破乳动力学,考察了硅烷偶联剂TESPT和NXT对复合材料力学性能、动态黏弹性能和流变性能的影响。研究发现,NaCl溶液破乳呈现匀速破乳、加速破乳的过程,而CaCl2溶液破乳则呈现匀速破乳、加速破乳和减速破乳3个阶段。白炭黑粒子对体系破乳效应的影响存在差异,这主要是因为二价Ca^2+对电荷中和能力比一价Na^+高,导致白炭黑的成核中心作用不同。此外,发现硅烷偶联剂NXT使白炭黑在橡胶基体中的分散性显著提高,使其复合材料的硫化性能得到优化,力学性能明显提高,在保持抗湿滑性能时滚动阻力明显降低。     

溶胶—凝胶法制备TiO2—SiO2复合薄膜的研究

采用溶胶－凝胶方法在单晶Ｓｉ基片上制备了ＴｉＯ２－ＳｉＯ２复合薄膜，研究了溶剂、ｐＨ值对先体溶液成胶时间的作用，溶液的浓度、甩胶时的旋转速度、涂覆层数以及热处理温度对薄膜厚度、光学性能的影响。薄膜的折射率随温度增大，其主要贡献来自于薄膜中结构的变化。并测量了薄膜的Ｉ－Ｖ、Ｃ－ｆ特性，由于薄膜中的热击穿效应而使得ＴｉＯ２含量较高的薄膜２的Ｉ－Ｖ呈非线性变化。     

化学气相渗透2D-SiCf/SiC复合材料的蠕变性能及损伤机理

研究了采用化学气相渗透工艺制备2D-SiC_f/SiC复合材料的真空蠕变性能, 蠕变温度为 1200、1300和1400 ℃, 应力水平范围为100~140 MPa。用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(TEM)分别观察分析了2D-SiC_f/SiC复合材料的蠕变断口形貌和微观结构。结果表明, 2D-SiC_f/SiC复合材料的主要蠕变损伤模式包括基体开裂、界面脱粘和纤维蠕变。桥接裂纹的纤维发生蠕变并促进了基体裂纹的张开、位移增大, 进一步导致复合材料蠕变断裂, 在复合材料蠕变过程中起决定性作用。2D-SiC_f/SiC复合材料的蠕变性能与SiC纤维微观结构的稳定性密切相关。在1200 ℃/100 MPa时, 纤维晶粒没有长大, 复合材料的蠕变断裂时间大于200 h; 蠕变温度为1400 ℃时, 纤维晶粒明显长大, 2D-SiC_f/SiC复合材料蠕变断裂时间缩短至8.6 h, 稳态蠕变速率增大了三个数量级。