热交联法制备低含氧量碳化硅纤维初步研究

通过对低预氧化程度的聚碳硅烷 (PCS)纤维进行热交联处理 ,降低SiC纤维中的氧含量 ,经过二步烧成法制备出机械性能及高温耐氧化性能优良的连续SiC纤维。通过IR、XRD、SEM、元素分析仪等分析手段系统研究了研究了热交联碳化硅纤维的热交联处理的工艺条件、烧成工艺 ,研究了热交联碳化硅纤维的组成、微观结构及其与纤维的力学性能、高温抗氧化性能的关系     

连续碳化硅纤维制备工艺的基础研究

针对先驱体转化法制备SiC纤维工艺中存在的一些实际问题进行了分析和研究。探讨了初始原料PDMS中杂质氧的来源;用丙酮对PCS进行沉淀分级研究,并在此基础上对PCS进行后处理;研究了PCS纤维不熔化工艺中升温制度对不熔化结果的影响;探讨了快速烧成方式的可行性。结果表明,PDMS中氧含量偏高主要是由于合成PDMS过程中发生了引入氧的副反应。随着沉淀分级的次数增加,PCS级分的纯度提高,可纺性明显改善。不熔化处理的升温速度不宜过快,否则会引起急剧放热和过度反应。快速烧成法可以实现SiC纤维的加张和连续化生产。     

结构吸波材料 SiC-C纤维的研究

本文用聚碳硅烷(PCS)与煤沥青(P)共混,制得PCS-P 共混物,再经纺丝、氧化、高温烧成,制成了SiC-C 纤维。该纤维电阻率随碳含量的增加而减少,强度和模量随碳含量的增高而降低,而且该纤维与环氧树脂复合制得的层合板材,具有良好的吸收电磁波性能。     

聚碳硅烷纤维无机化过程中弯曲的形成及对SiC纤维性能的影响

先驱体转化法制备连续SiC纤维无机化过程中有明显的失重和收缩,造成了纤维弯曲,从而影响了纤维的单丝强度和束丝拉伸性能。根据聚碳硅烷(PCS)纤维的无机化过程,探讨了SiC纤维弯曲的种类和形成原因,通过力学分析研究了弯曲对SiC纤维性能的影响;根据弯曲形成原因,提出利用加张热交联和加张烧成的方法解决纤维的弯曲问题,从而提高SiC纤维的性能。     

聚碳硅烷纤维化学气相交联研究

以环己烯作为反应气氛,对聚碳硅烷(PCS)纤维进行了化学气相交联不熔化处理。与空气不熔化进行对比,研究了不熔化过程中PCS纤维的反应程度及凝胶含量的变化,并进行了元素分析和热重差热分析,初步探讨了PCS纤维环己烯化学气相交联反应的机理。结果表明,在环己烯气氛中,PCS分子结构中Si-H键的反应程度随不熔化温度的提高逐渐增加,相应地,PCS纤维的凝胶含量迅速提高直至不熔。环己烯受热后产生自由基,引发PCS分子中的Si-H和Si-CH3键断裂形成自由基,促进PCS分子间形成Si-CH2-Si结构而实现交联。     

聚碳硅烷纤维的空气不熔化反应动力学研究

以高压法聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS)纤维的空气不熔化为例,采用多曲线积分法研究了PCS纤维空气不熔化反应动力学。结果表明,高压法PCS纤维的空气不熔化反应活化能约60~70 kJ/mol。通过研究不同的机理函数的对数与温度倒数的关系,结果表明,PCS纤维空气不熔化过程由随机成核和生长机理(n=3)的表面反应控制,根据该反应机理,同样得到高压法PCS的空气不熔化反应活化能约60~70 kJ/mol,指前因子A约为77.64。     

聚碳硅烷表面张力的测定及其对纤维异形度的影响机理

采用改进的滴重法测定了先驱体聚碳硅烷(PCS)的表面张力,并探讨了表面张力对三叶形聚碳硅烷原丝异形度的影响机理。通过对纤维截面形貌的扫描电镜分析,发现表面张力对三叶形PCS纤维异形截面的形成有着较大的影响,它和粘滞阻力相互竞争的共同作用决定了三叶形PCS纤维异形度的大小。研究表明,先驱体PCS的表面张力与温度基本上呈线性关系,温度越高,PCS的表面张力就越小。     

活性填料在聚碳硅烷先驱体转化陶瓷中的应用

比较了铝 (Al)、铬 (Cr)、二氢化钛 (TiH2 )和锆 (Zr)等活性填料在聚碳硅烷 (PCS)先驱体转化陶瓷中的应用。研究表明 ,在先驱体中加入活性填料能有效降低陶瓷素坯的气孔率 ,可与PCS气态裂解产物、游离碳和 (或 )N2 气氛反应生成新的化合物 ,提高PCS的陶瓷产率。活性填料的种类与含量对陶瓷烧成体的线收缩有较大的影响 ,Al、Cr能抑制烧成体的线收缩 ,其含量越高 ,线收缩越小。但是TiH2和Zr并不能抑制陶瓷烧成体的线收缩 ,其含量越高 ,线收缩越大。此外 ,活性填料的种类及含量对陶瓷烧成体的三点弯曲强度也有较大的影响。Al、Zr的含量越高 ,材料的强度也越大。但Cr和TiH2 的加入却使材料强度下降。认为Al是较好的活性填料。用X -衍射法 (XRD)分析了烧成产物的物相组成 ,扫描电子显微镜 (SEM)观察了陶瓷烧成体的断口形貌。     

热处理炉的结构对聚碳硅烷纤维不熔化均匀性的影响

讨论了陶瓷纤维不熔化处理中常用的两种热处理炉(垂直式不熔化炉和隧道窑式不熔化炉)对聚碳硅烷(PCS)纤维不熔化均匀性的影响。结果表明,采用不同结构的不熔化炉对PCS纤维进行不熔化处理,纤维的不熔化均匀性大为不同,用隧道炉处理的均匀性明显优于垂直炉。     

超高分子量聚碳硅烷的合成及其表征

采用正交设计的方法从常压合成得到的中低分子量PCS出发进行热压合成制备超高分子量PCS;并运用红外、GPC、核磁共振等分析测试手段对其结构和性能进行了表征。研究表明:控制热压反应温度在460~470℃、预加压力1~2MPa、反应6h时得到超高分子量PCS的重均分子量在6400~8500;通过控制热压反应时间可以较好的调控超高分子PCS的分子量大小;热压合成后制得的超高分子量PCS的支化度和Si-H键含量有所降低。     

Cf/SiC复合材料制备过程对碳纤维的损伤

对几种类型的碳纤维在Cf/SiC复合材料制备工艺中的先驱体中氧含量及高温热处理和PCS浸渍裂解处理过程中造成的损伤进行了考察,并探讨了损伤机制.结果表明,碳纤维石墨化程度和表面状态的差别会对其在复合材料制备过程中的损伤程度产生影响.石墨化程度高的M40JB碳纤维损伤程度较大;表面呈活性的JC1#碳纤维对外界条件的变化较为敏感;而石墨化程度不高而表面不活泼的JC2#碳纤维则损伤程度较小且较稳定.     

T300和JC2#纤维增强C/SiC复合材料力学性能对比

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用聚合物浸渍裂解法(PIP)分别制备得到T300碳纤维和JC2#碳纤维增强C/SiC复合材料。JC2#C/SiC复合材料具有优异的力学性能,抗弯强度和断裂韧性分别达到662MPa和19.5MPa.m1/2;T300 C/SiC复合材料表现出低强度、高脆性,其抗弯强度和断裂韧性不足前者的四分之一。T300 C/SiC复合材料低性能的根本原因在于T300纤维在PCS裂解过程中性能严重下降,复合材料中纤维与基体间存在强界面结合是另一个影响因素。     

聚碳硅烷／二乙烯基苯快速升温裂解制备Cf/SiC复合材料

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,采用快速升温裂解制备了3D-B Cf/SiC复合材料.结果证明:裂解升温速率的提高可以大大缩短制备周期,同时可以提高材料密度和形成较好的界面结合,从而提高材料的力学性能.制备得到的Cf/SiC材料室温弯曲强度达到556.7MPa.     

棉纤维热解特性及阻燃机理研究

用有机磷系阻燃剂Pyrovatex CP以及尿素、二氰二胺和三聚氰胺3种氮系的协效剂组成的整理液对纯棉织物进行阻燃处理,利用热重仪对其热解特性进行研究,通过分析TG-DTG曲线,研究了阻燃剂对棉纤维热解过程的影响,并对协效剂的协效效果进行了比较分析.结果表明,棉纤维热解主要分3个阶段;阻燃剂使棉纤维的起始分解温度降低,剩炭率提高;在磷氮比固定为1：0.1的情况下,尿素的协效作用相对最好,并对其阻燃机理进行了探讨.     

高压合成聚碳硅烷的沉淀与复配

研究了沉淀与复配两种调控高压合成聚碳硅烷(PCS)分子量及其分布的方法。研究表明,在PCS的良溶剂(如二甲苯)溶液中加入沉淀剂(如丙酮)比例超过临界点后,PCS中分子量越高的部分越先沉淀出来,从而降低了PCS的软化点、分子量和分散系数,PCS的高、中、低分子量的比例得到调节。复配是将不同分子量分布的PCS均匀地混合在一起,其分子量、软化点和高、中、低各部分的含量基本符合混合率的关系。因此,可以按照混合率来设计所需PCS的软化点、分子量及高、中、低分子含量。     

树脂浸渍裂解对气相硅反应渗透C/SiC的影响

粘胶基碳纤维毡经过CVD工艺进行沉积碳增密处理后,采用酚醛树脂浸渍—裂解对C/C素坯的密度进行调节,通过气相硅渗透反应工艺制备了C/SiC复合材料。研究了树脂浸渍—裂解对C/C素坯密度和气孔率的影响规律,分析了树脂裂解碳对C/SiC显微形貌和力学性能的影响。结果表明:随着树脂浸渍—裂解循环次数的增加,素坯密度增加,孔隙率降低;裂解碳含量为27wt%时,C/SiC复合材料的强度和模量达到最大,分别为231MPa和209GPa。通过控制裂解碳含量,可以实现对C/SiC复合材料力学性能和微观结构的裁剪。