热交联聚碳硅烷纤维分步烧成工艺

采用热交联工艺改进传统的空气不熔化工艺,在尽可能少引入氧的情况下实现聚碳硅烷纤维的不熔化处理。热交联处理后聚碳硅烷纤维在惰性气氛下进行分步烧成。通过元素分析、SEM、EDX、XRD等手段系统研究了分步烧成的工艺条件以及烧成后连续SiC纤维组成、微观结构及其性能。     

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。     

聚二甲基硅烷高压合成聚碳硅烷的组成与结构分析

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,在高压釜内450℃下反应6h,制备了聚碳硅烷(PCS)先驱体。对其组成及结构进行了表征,推测了PCS的大致结构模型。研究表明,PCS分子包含Si CH3、Si CH2 Si、Si H组成的SiC4、SiC3H等结构单元,实验式为SiC1.87H7.13O0.03。与常压高温裂解制备的软化点相近的PCS相比,二者的元素组成基本一致,高压合成的PCS具有较高的分子量和硅氢含量,但支化度略高。     

连续碳化硅纤维的研制

本文研究了用先驱体法制备连续碳化硅(SiC)纤维的全过程。通过常压高温裂解法制得纺丝性能好的聚碳硅烷,经100孔熔融纺丝、不熔化处理和高温烧成等一系列工艺处理,制得了高性能的SiC纤维。该纤维单丝直径8～15微米,连续长度达100米,抗拉强度为2～2.3GPa,抗拉模量178GPa。主要性能达到日本同类产品八十年代的水平。本文还对制备工艺的一些基本规律及连续纤维的主要性能进行了研究。     

PDMS直接裂解重排合成PCS

聚二甲基硅烷 (PDMS)高温裂解制备的聚碳硅烷 (PCS)是陶瓷材料的良好先驱体。本文在现有液态聚硅烷 (LPS)间接合成PCS工艺的基础上 ,直接由固态PDMS高温裂解重排制备PCS ,利用正交设计的方法研究了不同合成条件对PCS结构、分子量及分子量分布的影响 ,得出了最佳合成条件 ,即反应温度 45 5℃ ,裂解温度 5 40℃ ,保温时间 6h。     

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。     

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     

聚碳硅烷先驱体制备SiC基复合材料的性能研究

本文以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,SiC晶须,SiC微粉或C纤维为增强剂,热解转化制得SiC/SiC或C/SiC复合材料,研究其制备工艺过程对材料的力学和热物理性能的影响。结果表明:PCS在1300℃下转化为β-SiC微晶并将未烧结的增强剂网络在一起形成SiC/SiC或C/SiC复合材料。该SiC基复合材料具有较好的常温和高温机械强度,优异的耐热疲劳和抗热震性能,在1300℃空气中具有良好的抗氧化性。     

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.     

连续碳化硅纤维热交联工艺研究

采用热交联工艺改进传统的空气不熔化工艺,在尽可能少引入氧的情况下实现聚碳硅烷纤维的不熔化处理,降低连续SiC纤维中的氧含量。通过IR、元素分析、SEM、XRD等手段系统研究了热交联工艺条件对纤维氧含量、结构、性能的影响。     

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。     

液态聚硅烷高温高压合成聚碳硅烷工艺研究

以聚二甲基硅烷裂解制备的液态聚硅烷(LPS)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,研究了合成条件对反应终压、Si H键含量、产物产率、软化点、分子量分布及可纺性的影响。研究表明,随着反应温度的提高、反应时间的延长,反应终压逐渐增大,产物的分子量与软化点增高,但同时分子量的分散性增大,使可纺性变差。当LPS在高压釜内460℃下反应3～4h,或450℃下反应6～7h时,可以制得软化点约为210～230℃的PCS,其高分子部分含量约5wt%～10wt%,Si H键含量大于0.9,可纺性较好,适合于制备SiC纤维。     

预氧化聚碳硅烷（PCS）纤维的无机化过程

针对预氧化PCS纤维无机化过程进行了研究 ,探讨了烧成过程中预氧化PCS纤维的投放量及保护气体流量等因素对纤维烧成过程的影响。实验发现烧成过程中产生的小分子气体活性基团阻止链自由基的结合 ,从而对纤维的进一步裂解起促进作用     

SiC纤维先驱丝—聚碳硅烷纤维的研制

本文对SiC纤维的先躯丝——聚碳硅烷纤维的合成进行了研究。聚碳硅烷是由聚硅烷在聚硼硅氧烷(派松)催化下热解而成。熔融纺丝制得的聚碳硅烷纤维,经空气不熔化处理后,在N_2气氛下,1250℃烧成具有金属光泽的SiC纤维。通过元素分析,红外光谱分析,热分析及裂解气相色谱分析,对聚硅烷,聚碳硅烷和聚硼硅氧烷的性质和合成工艺进行了研究。     

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。     

PDMS/PVC制备低电阻率碳化硅纤维先驱体聚碳硅烷

由聚二甲基硅烷(PDMS)与3%～7%wt聚氯乙烯(PVC)共热解反应生成的聚碳硅烷(PC P),是制备力学性能优良的低电阻率碳化硅纤维的先驱体。研究了PC P先驱体的合成条件,利用GPC、IR、XPS、元素分析等手段对PC P先驱体的组成与结构进行了分析,并初步探讨了PDMS与PVC反应机理。     

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。     

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。