含钛碳化硅纤维的研制及其性能

在碳化硅(SiC)纤维中引进金属元素钛,可以制得性能优异的含钛碳化硅(Si_Ti-C-O)纤维。该纤维是由聚碳硅烷(PC)与Ti(OBu)_4加热反应制得先驱体——含钛聚碳硅烷(PTC),经纺丝、高温烧结而成。该纤维抗拉强度可达1.6～2.0GPa,抗拉模量150GPa。与SiC纤维相比,Si-Ti-C-O纤维具有更好的高温氧化性及与金属复合性能。     

碳化硅纤维的制造

本文介绍了用聚碳硅烷与几种高聚物的共混物经高温处理制备碳化硅纤维的研究。发现聚碳硅烷与合适的高聚物如端羟基聚丁二烯(HTPB)共混后,可以提高聚碳硅烷的强度、可纺性以及所得碳化硅纤维的强度,也可以改变碳化硅纤维的表面性能,文中对产生这些现象的原因进行了分析。共混是对聚碳硅烷和碳化硅纤维进行改性的有效方法。     

用聚碳硅烷与聚丙烯共混纤维烧成碳化硅纤维

本文对由聚碳硅烷和聚丙烯共混纤维作先躯体制备碳化硅纤维进作了研究。在高温烧成时,共混纤维中的聚丙烯大量挥发,给所得碳化硅纤维的结构和性能造成较大影响,影响的大小取决于共混纤维中聚丙烯的含量和结构。共混纤维的强度明显高于未共混的,可见用适当的物质共混可能是制备连续碳化硅纤维的途径之一。     

正在研制中的氮化硅/碳化硅纤维增强剂

石墨纤维的应用开创了复合材料技的新纪元。但目前正在研制混合的氮化硅/碳化硅(Si_x N_y C_z)纤维作为另一种新型增强剂,此种纤维可用预处理和热解有机硅聚合物纤维得到,其工艺跟聚丙烯腈或其它有机纤维制成石墨纤维工艺相似。虽然在实验室里用聚碳硅烷和聚碳硅氨烷制得的这种无     

低电阻率Si—C—O纤维制备

采用将聚二甲基硅烷与聚氯乙烯共裂解合成制备了Si－C－O纤维先驱体聚合物，并对其进行了表征。表明反应体系中聚氯乙烯含量较高时，生成的先驱体聚合物既有聚碳硅烷的结构特征，又具有－CH＝CH－共轭结构特征的－（SiCH3H-CH2)n（CH＝CH）m－共聚物。先驱体聚合物经熔融纺丝及NO2不熔化处理，高温烧成制得低电阻率Si－C－O（电阻率小于10^0Ω.cm），而通过聚碳硅烷制得的SiC纤维电阻率为10^6Ω.cm。结果表明能够从聚二甲基硅烷与聚氯乙烯共裂解出发制备低电阻率Si－C－O纤维。     

先驱体法制备连续Si-Fe-C-O吸波纤维的研究

用聚二甲基硅烷和二茂铁合成聚铁碳硅烷,经多孔熔融纺丝、预氧化、连续烧成,制得电阻率低至10-2Ω·cm,拉伸强度可达2.0GPa,长度大于500m的连续Si-Fe-C-O纤维,这种纤维在8～18GHz范围内具有较好的吸收雷达波性能.研究铁对Si-Fe-C-O纤维电阻率和β-SiC结晶的影响:铁含量的增加有利于β-SiC晶粒的增长和电阻率的降低.     

具有高固结强度的钢纤维

美国研究出一种工艺方法,可以制得长度只有1/8英寸(3mm)的钢纤维。这些纤维很细,一磅就有250,000根以上。这些被称为超细纤维的公称尺寸为0.007英寸×0.015英寸×0.125英寸(0.2mm×0.4mm×3mm)。它是用含有不超过0.12％碳和0.6％锰的     

用作热防护材料的PAN基碳纤维织物

粘胶基碳纤维织物已广泛用作烧蚀和绝热复合材料。由于行情和利润不断下降,用连续粘胶纤维制得的碳纤维制品最终可能不易买到或限制供应。因此,围绕获得相应的PAN基碳布、测定其性能并制作布带缠绕酚醛树脂复合材料开展了研究。市场上买得到的PAN基碳布具有强度高和质量均匀等特性,但绝热性和化学纯度较差。特殊的PAN基碳布是在较低的(低于1350℃)热处理温度下获得的,并且应用于20°布带缠绕酚醛复合材料中。对这种复合材料的烧蚀、热物理、机械和化学性能的测定表明,所研制的复合材料可以代替粘胶基碳布/酚醛,但纤维与基体之间的粘结和纤维的纯度尚需进一步改善。     

聚钛碳硅烷及含钛碳化硅纤维的制备

本文用小分子硅烷与四丁氧基钛及聚硼硅氧烷共热解制得了聚钛碳硅烷,并由此制得了含钛碳化硅纤维。对聚钛碳硅烷的合成、结构及性能作了较详细的研究。     

硼/铝复合材料的力学性能与界面

本文研究热压工艺对硼纤维以及硼/铝复合材料强度的影响,并探讨纤维与基体间的结合模式。为此目的,用腐刻法从硼/铝复合材料中提取硼纤维,制得不同状态下的硼纤维强度的频率分布图。用X射线衍射与电子探针技术,检测界面附近的组成及元素分布。结果表明,碳化硼(B_4C)涂层有效地阻止硼—铝间的界面反应:硼/铝复合材料的抗拉强度随着界面结合状态的改善而提高;在复合过程中造成纤维降解的损伤,通常发生在纤维局部存在缺陷的地区。     

碳纳米管用于聚合物基复合材料健康监测的研究进展

碳纳米管因其优异的机电特性,在聚合物基复合材料的健康监测方面具有广泛的应用前景。综述聚合物基复合材料中碳纳米管传感的最新进展:碳纳米管与树脂共混、碳纳米管涂层纤维、碳纳米线和碳纳米纸。利用碳纳米管传感网络来监测结构应变损伤是不同碳纳米管传感的核心原理。碳纳米纸可以解决碳纳米管与树脂共混时的难分散、碳纳米管涂层纤维的协同变形和碳纳米线的全结构监测等问题,为碳纳米管传感工程化应用提供了条件。实现碳纳米管传感在聚合物基复合材料健康监测领域的工程化应用是未来的发展方向。     

连续聚铝碳硅烷纤维的预氧化

聚铝碳硅烷(PACS)纤维预氧化过程是制备近化学计量比Si C(Al)纤维的关键步骤。而连续PACS纤维预氧化的氧含量控制是关键问题。采用实时测量设备对连续PACS纤维预氧化过程进行跟踪,用分段积分方法对PACS纤维进行非等温动力学模拟;利用实时测量数据用非线性优化方法求解,可以预测PACS纤维预氧化增重。本文在实验过程中,采用聚碳硅烷(PCS)纤维和PACS纤维进行对比研究。结果表明:在相同的预氧化条件下,两种纤维均在Si—H键反应程度为40%时出现凝胶点,反应后凝胶含量均达到100%,其氧含量分别为9.9wt%和14.7wt%;PACS纤维的Si—H键反应程度和增重均比PCS纤维低。利用实时增重数据,用Matlab的Lsqnonlin函数进行求解预氧化动力学方程,得到PACS的预氧化活化能为62.2 k J/mol,模型可准确的预测其预氧化过程中的增重率变化。     

酚醛树脂基蒙脱土纳米复合材料的力学性能与增强增韧机理

利用三种蒙脱土(即S-MMT,TG-2,OLS,统称MMT)和一种短切纤维(Short-cutGlassFiber,简记为SGF),分别与酚醛树脂熔融混合,制得酚醛树脂基复合材料。通过缺口冲击实验和弯曲实验,对这些复合材料的力学性能和增强增韧机理进行了研究,取得了一些有规律性的结果。PF/NBR/SGF复合材料的缺口冲击强度、弯曲强度和弯曲模量都随SGF含量的增加而增大;PF/NBR基蒙脱土纳米复合材料的缺口冲击强度随纳米材料(即S-MMT,TG-2和OLS)含量的增加而增大,在含量为5份时达到最大值;弯曲强度和弯曲模量也随纳米材料含量的增加而增大,在含量为9份时达到最大值。其次,所有PF/NBR基复合材料的缺口冲击强度均在60℃取得最大值,PF/NBR/OLS,PF/NBR/TG-2,PF/NBR/S-MMT等三种纳米复合材料的力学性能与体系中蒙脱土的层间距密切相关。层间距越大,力学性能越好。最后,探讨了纳米蒙脱土增强增韧PF/NBR体系的机理,指出聚合物体系中的蒙脱土具有两种效应,并建立了模型。     

聚碳硅烷的结构鉴定

采用化学分析、红外光谱、核磁共振谱、气相色谱等四种方法对碳化硅纤维的先驱体聚碳硅烷进行了分析表征。分析结果表明,聚碳硅烷并非是线形结构。由于在聚硅烷高温裂解重排制得聚碳硅烷的反应过程中,发生一系列的分子间反应,导致支化和部分交联结构的产生。作者提出以聚碳硅烷分子中碳原子的平均反应度来作为分子支化程度的表征。分子中叔碳原子的含量愈多,则支化程度愈高,最终甚至会生成不溶不熔的交联状态。     

GO/CNC/PVA复合纤维的制备及力学性能研究

以氧化石墨烯(GO)和纤维素纳米晶(CNC)为填充质,以聚乙烯醇(PVA)为聚合物基质,通过静电纺丝技术,制得GO/CNC/PVA复合纤维。利用SEM、TEM对填充质及复合纤维形貌进行表征,并利用万能试验机系统研究了不同填充质的比例及含量对纤维力学性能的影响。结果表明:当GO与CNC质量比为1∶2时,复合纤维的拉伸强度可达10.8 MPa,杨氏模量可达401.0 MPa;当GO与CNC质量比为2∶1时,复合纤维韧性增长最明显,其值可达1.46 MJ·m~(-3);当填充质含量为1 wt%时,拉伸强度可达11.3 MPa,杨氏模量可达313.0 MPa,同时断裂伸长率、韧性也有明显的增加,增幅分别为53%和130%。     

中空纤维膜分离性能实验与预测

利用机载中空纤维膜分离性能测量台架,针对分离性能随引气压力、引气温度、飞行高度等因素的变化规律开展了实验研究;并采用所获得的实验数据作为训练及验证样本,应用人工神经网络预测技术分析了该型膜的性能.研究结果显示:①所建立的数学模型可实现对中空纤维膜分离性能的有效预测;②制氮体积分数与量纲一制氮量成反比,当要求制氮体积分数较高时,其量纲一制氮量下降,制氮效率降低;③在一定制氮体积分数下,制氮量随引气温度、引气压力的增加而增加;制氮效率随引气压力的增加而增加,但随引气温度的增加而减小;④在飞行高度增加的情况下,量纲一制氮量和制氮效率都增加, 而制氮体积分数的影响随飞行高度增加而减小.      

PAN原丝预氧化工艺与氧元素含量相关性研究

利用差热、热重以及元素分析等测试手段测定了预氧化纤维中氧含量,分析了纤维的吸水性对氧含量测定结果的影响,讨论了预氧化温度、走丝速度及牵伸倍数与氧含量的关系,研究了预氧丝氧含量与碳纤维拉伸强度之间的关系.实验结果表明:不同预氧化纤维的吸水性对氧含量的测定结果有不同的影响;氧含量随温度的升高而增加,且温度越高,增加幅度越大;走丝速率越慢,相同温度下氧含量越高;预氧化低温牵伸有利于氧元素的扩散;可以从氧含量接近或处于10%～12%范围的预氧丝中制得较高强度的碳纤维,否则很难制得好的碳纤维.     

溶胶-凝胶法制备SiO2 -TiO2 / 聚酰亚胺杂化材料及其性能

采用溶胶-凝胶法制备了纳米SiO2-TiO2溶胶,然后通过共混法制得SiO2-TiO2/聚酰亚胺杂化材料,SEM、DMTA和TGA等方法研究了无机组分的含量对聚酰亚胺性能的影响。结果表明:SiO2-TiO2/聚酰亚胺杂化材料的冲击强度和弯曲强度随无机粒子含量变化而变化,当无机粒子含量为3%(质量分数)时二者出现最大值,其冲击强度较纯树脂提高了177%,弯曲强度提高了54.6%。另外,随着SiO2-TiO2无机材料的增加,杂化材料热稳定性亦有所提高。     

CVD碳毡/碳复合材料的多相微观结构和缺陷的研究

碳/碳复台材料是一种新型的高温材料,在发展航空和航天等尖端技术方面它具有重要的意义。采用不同复合工艺制得的碳/碳复合材料的机械性能和烧蚀性能与复合工艺过程所形成的聚合物碳多相微观结构和缺陷特征有密切的关系。我们曾总结了用电子显微镜研究浸渍法所得3DCC复合材料的多相微观结构和缺陷特征。对化学气相沉积法(CVD)碳毡/碳复合材料的形态结构的研究,过去人们多数是采用光学显微镜或扫描电子显微镜(SEM),但对CVD碳毡/     

碳含量对GC—4钢组织与性能的影响

本文用光学和电子显微镜研究了碳含量在0.39%～0.42%间变化对 GC-4型钢显微组织(190℃等温、260℃回火)的影响。讨论了显微组织与力学性能间的关系。结果表明,碳含量低于0.40%的钢比碳含量大于0.40%的钢具有较好的强韧性配合。随着碳含量的进一步增加,抗拉强度增加幅度不大,而屈服强度反而有下降趋势。为了获得较好的强韧性配合,应将碳含量控制在0.40%以内。