聚碳硅烷树脂性能及应用研究

合成了聚碳硅烷树脂,以该树脂为原料制备了SiC纤维。用电镜、红外光谱、X射线衍射、差热分析、热失重等方法对SiC纤维进行了研究,并对以聚碳硅烷树脂作为浸渍物质涂覆石墨进行了初步研究。     

含Ti的SiC纤维的先驱体的合成

通过聚碳硅烷与钛酸丁酯的反应,合成了含钛聚碳硅烷 PTC-Ⅰ(Ti/Si 原子比=0.02—0.04)。PTC-Ⅰ的可纺性与熔点随 Ti 含量增加而有规律地变化。由二苯基硅二醇与钛酸丁酯的反应,可制得低聚体的聚钛硅氧烷,将其与聚碳硅烷反应,可以合成具有更高 Ti 含量的聚合物PTC-Ⅱ(Ti/Si 原子比=0.10)。PTC-Ⅰ与 PTC-Ⅱ都具有良好的可纺性,以它们作为先驱体制得了含 Ti 的 SiC 纤维。     

快速烧成连续碳化硅纤维的表面分析

以聚碳硅烷（PCS）为先驱体；经熔融纺丝、不熔化处理和快速烧成工艺制备出性能较好的连续碳化硅（SiC)纤维。采用XPS、SEM、TG等方法对所得SiC纤维的表面结构组成和热稳定性进行了分析，并探讨了快速烧成方式下引起纤维抗拉强度降低的主要原因。结果表明：快速烧成的SiC纤维表层有富含游离碳的热解沉积物，对纤维的热稳定性产生不利影响，采用超声清洗可以将其快速除去；表层缺陷是引起SiC纤维抗拉强度下降的主要原因。     

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。     

不同先驱体制备C/SiC复合材料及其浸渍行为

采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP工艺)制备C/SiC复合材料,研究了不同先驱体对复合材料浸渍行为的影响(三种先驱体分别为固态聚碳硅烷(PCS(s))、液态聚碳硅烷Ⅰ(PCS-Ⅰ(l))和液态聚碳硅烷Ⅱ(PCS-Ⅱ(l)),制备的三种复合材料体系分别为C/SiC-0、C/SiC-Ⅰ和C/SiC-Ⅱ)。结合C/SiC复合材料的力学性能以及不同裂解周期C/SiC复合材料的微观形貌,研究了不同先驱体制备的C/SiC复合材料对碳纤维织物浸渍行为的影响。研究结果表明:C/SiC-Ⅰ复合材料的室温弯曲强度最高,达到336 MPa。不同裂解周期的微观形貌显示, C/SiC-0复合材料内部孔隙分布于碳纤维束间; C/SiC-Ⅰ复合材料内部较致密,孔隙分布均匀; C/SiC-Ⅱ复合材料基体和束丝内部都存在孔隙,说明三种聚碳硅烷浸渍液对C/SiC复合材料有不同的浸渍效果。凝胶渗透色谱(GPC)的分析结果显示,由于浸渍液的分子量不同,大分子无法浸渍到碳纤维束丝内部,会造成裂解后的复合材料束内SiC基体较少,造成其力学性能较低。     

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。     

C/SiC复合材料的制备及性能研究

本文对聚碳硅烷化学转化法制备碳纤维增强碳化硅复合材料的生产工艺进行了研究,探讨了工艺参数对材料性能的影响.研究结果表明,聚碳硅烷分子量是影响材料性能的重要参数,纤维和基体间热膨胀系数的不匹配可通过向基体内加少量二氧化锆进行改善.材料的力学和热学性能测试结果表明,C/SiC复合材料具有较好的综合性能,其断裂韧性比未增强的单一陶瓷提高较多.利用电镜分析了弯曲试样的断口形貌.     

先驱体转化法制备耐高温Si-Al-C-O纤维

以聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮铝为原料,在常压高温条件下反应制备出聚铝碳硅烷(PACS),经过熔融纺丝、空气预氧化、烧成等工艺,制备出性能优异的耐高温Si-Al-C-O(KD-A)纤维.研究了PACS纤维组成,预氧化过程中的质量增加、Si-H反应程度、凝胶含量,探讨了氧对KD-A纤维性能的影响;通过元素分析、AES和SEM等一系列分析,研究了KD-A纤维的结构组成以及耐高温性能.研究表明,PACS纤维空气预氧化过程中,主要是Si-H键与氧发生反应生成Si-O-Si交联结构;KD-A纤维的组成SiC1.51O0.31Al0.013耐高温性能明显优于普通SiC纤维,在空气中1000℃下加热100h后,强度保留率达到60%左右.     

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.     

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.     

添加填料合成SiC（Al）纤维的先驱体聚铝碳硅烷

以聚硅碳硅烷和乙酰丙酮铝为原料,在反应装置的裂解柱中加入填料,在常压下合成了聚铝碳硅烷.结果表明:添加填料使合成聚铝碳硅烷的时间缩短46%,聚铝碳硅烷的从1008增大到2436,分子量的分布变窄,—Si—Si—键的含量低;在N_2气氛中,在400℃以下失重减少,在1200℃陶瓷的产率从65%提高到69%;加入填料可促进—Si—Si—链转化为—Si—C—Si—链,制备出的聚铝碳硅烷纤维在预氧化过程中氧的增重少,预氧化烧成后得到的Si—Al—C—O连续纤维强度为2.1 GPa,在Ar中1800℃烧结可得到致密的SiC(Al)纤维.纤维的结晶行为与不加填料时的类似.     

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。     

聚碳硅烷强化辐射交联的研究

合成了不同乙烯基含量的聚碳硅烷,研究了共Ｈｅ气氛条件下的电子束辐射交联不熔化处理,分析了含乙烯基聚碳硅烷纤维在辐照过程中的结构变化,结果表明,乙烯基起到强化聚碳硅烷辐射交联的作用,完成不熔体所需剂量显著降低。     

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。     

连续含铁碳化硅纤维及其结构吸波材料的研制

为了研制碳化硅吸波纤维, 首次采用聚二甲基硅烷(PDMS)和二茂铁合成聚铁碳硅烷(PFCS), PFCS经多孔熔融纺丝、 空气不熔化和在N₂中1320℃连续烧成, 可制得连续含铁碳化硅(SiC(Fe))吸波纤维; 用SiC(Fe)纤维与环氧树脂制备的结构材料具有良好的吸波性能。XPS剖面分析、 Raman光谱表明: 纤维表面有一层厚约100nm的富碳层, 由表及里铁的含量逐渐增加; 随着温度的升高游离碳的排列逐渐规整化。研究了碳对纤维性能的影响, 结果表明: 游离碳的存在有利于纤维电阻率的降低, 复介电常数和介电损耗的增大。      

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.     

含钛聚碳硅烷的合成、表征及其形成机理研究

以合成聚碳硅烷的副产品——液态小分子聚碳硅烷（LPCS）和钛酸正丁酯为原料,合成含钛聚碳硅烷,并通过产物的凝胶液相色谱、核磁、红外等表征方法研究其反应机理。研究表明,液态小分子聚碳硅烷的Si—H基团受热分解所形成的自由基,部分相互偶联,另一部分则与钛酸丁酯发生自由基取代反应,从而形成含钛聚碳硅烷,并因链的增长,分子量相应增大,最终形成主分子链由支化或交联度较高的链段所组成的含钛聚碳硅烷,具有较高的陶瓷产率,可以用作SiC陶瓷的先驱体。     

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。     

熔融纺丝过程优化制备细直径碳化硅纤维及其对力学性能的影响

强度、模量和柔顺性作为碳化硅(SiC)纤维重要的力学性能受到纤维直径大小的影响, 而制备工艺中的熔融纺丝过程对纤维直径起决定作用。本工作研究了纺丝温度、纺丝压力和卷绕速度对聚碳硅烷(Polycarbosilane, PCS)原纤维直径的影响, 分析了纺丝过程中纤维断裂的原因, 并初步探究了SiC纤维直径与力学性能的关系。结果表明, 在一定范围内降低纺丝温度、降低纺丝压力和提高卷绕速度均能显著减小原纤维的直径。在连续纺丝的前提下, 最优纺丝工艺下得到的PCS原纤维直径为13.5 μm。随着PCS纤维直径由18.3 μm减小至13.5 μm, SiC纤维直径则由13.8 μm减小至9.5 μm, 而SiC纤维的强度与模量分别由1.7、181 GPa提高至2.9、233 GPa, 强度分布更为集中, 柔顺性得到显著提高。