柔性有机硅气凝胶复合材料的制备及性能研究

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)为前驱体,通过溶胶-凝胶、常压干燥制备出柔性有机硅气凝胶,研究了MTMS与DMDMS的摩尔比对其化学组成和微观结构的影响;采用莫来石纤维毡作为增强体,制备出密度为0.25 g/cm~3的柔性有机硅气凝胶复合材料。实验结果表明,所制复合材料具有优异的热稳定性,其室温热导率在0.03 W/(m·K)以内;当MTMS和DMDMS的摩尔比为3.8∶1.2时,复合材料的均匀伸长率达3.6%、残重率达82.4%;复合材料经高温处理后,有机硅气凝胶转变为无机SiO_2气凝胶,较好地保持煅烧前的微观形貌和隔热性能;通过500 s石英灯静态加热,发现复合材料的表面有陶瓷化反应,厚度方向无收缩,背部温升81℃,表现出烧蚀/隔热的双重特性。     

热处理对块状氧化铝气凝胶微观结构的影响

以AlCl_3·6H_2O为前驱体,无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,环氧丙烷为凝胶网络诱导荆,通过溶胶-凝胶技术制备得到溶胶,再经超临界干燥制备出块状氧化铝气凝胶.采用SEM、TEM、XRD、BET等手段,对氧化铝气凝胶在不同热处理温度下的微观结构进行了对比和分析.结果表明,氧化铝气凝胶的主要成分为多晶勃姆石相,微观结构由许多叶片状纤维堆积形成,经500和1 000℃热处理后成块性未受到明显的影响,比表面积各为429和174 m~2/g.在20～1000℃内,氧化铝气凝胶发生了由多晶态勃姆石相→γ-Al_2O_3→δ-Al_2O_3的相转变.     

沥青族组分对C/C复合材料热物理性能的影响

以整体碳毡为预制体、两种族组分不同煤沥青为前驱体,采用常压、高压相结合的液相浸渍/炭化技术制备C/C复合材料.研究了复合材料在200～2000℃的热物理性能.结果表明,族组分影响基体碳的微观结构,从而影响材料的热物理性能.煤沥青喹啉不溶物(QI)质量分数高(7.31%),材料的石墨化度为86.29%,真密度为2.13 g/cm3,微观结构为镶嵌型和域型结构为主,并有部分的流线型结构;QI含量低(0.02%),真密度为2.22 g/cm3,其石墨化度达到91.93%,微观结构主要以流线型为主,含有极少量的镶嵌型和域型结构.QI含量越低,复合材料真密度越大,晶体微观结构渐趋完善,石墨片层的有序度增加,石墨化度越高,材料的比热容和导热性能增强,线胀系数降低.     

热处理对纤维增强SiO2气凝胶性能的影响

采用溶胶一凝胶法制备了纤维增强SiO_2气凝胶隔热材料,对基体SiO_2气凝胶及复合材料进行不同温度的热处理.利用扫描电镜、比表面积和孔径测试仪和导热仪等手段对处理后材料的微观结构和常温隔热性能进行表征.结果表明:复合材料经低于700℃处理后,材料基体的微观结构略有变化,常温隔热性能基本保持不变;经1000℃处理的纳米结构发生了烧结、纳米孔含量减少,常温隔热性能显著降低.     

C/SiC-SiO_(2)复合材料的制备及性能研究北大核心CSCD

采用溶胶凝胶和前驱体浸渍裂解混合工艺,制得了不同SiO_(2)/SiC比例的C/SiC-SiO_(2)复合材料,研究了SiO_(2)添加量对复合材料微观结构、力学性能的影响。结果表明:当添加SiO_(2)的质量分数约25%时,材料的拉伸强度和压缩强度与C/SiC材料性能相当;而当添加SiO_(2)的质量分数超过25%时,材料的强度与模量均随SiO_(2)含量的增加呈降低趋势。此外,SiO_(2)含量约25%的C/SiC-SiO_(2)复合材料的浸渍相成本较C/SiC材料降低约24%左右,这为C/SiC复合材料的快速低成本制备提供了新的技术支撑。     

光固化巯基-乙烯基硅氮烷陶瓷前驱体制备氮化硅陶瓷

以不同用量的多官能巯基化合物与乙烯基硅氮烷预聚物组成液态光固化体系，经紫外光辐照后固化成聚合物陶瓷前驱体，后经1400℃无压热裂解制备氮化硅。采用热失重（TGA）分析陶瓷前驱体的热解特性，X射线衍射（XRD）分析热解后材料的相组成及晶态结构，场发射枪扫描电子显微镜（SEM）观察和表征材料的微观形貌。陶瓷前驱体在热解过程中分别在325—350℃和475—505℃出现两个失重峰，随着体系中巯基化合物含量的增加，前驱体的热解失重率增加，陶瓷收率降低，最终陶瓷的相对密度下降，结晶度增高，晶粒尺寸增大。经1400℃热解15h，得到部分α-Si3N4晶体；热解24h，得到大量α-Si3N4和少量β-Si3N4的材料，在空洞中发现富氮的细长纤状和片状晶体。     

隔热瓦/SiO2气凝胶复合材料的制备与性能

以莫来石纤维和玄武岩纤维为主要成分,以硅溶胶为黏接剂制备的隔热瓦作为增强体,真空浸渍SiO_2溶胶后经过凝胶、老化和超临界干燥工艺制备隔热瓦/SiO_2气凝胶复合材料,并对材料的微观结构、热稳定性和隔热性能进行了表征。结果表明:由于玄武岩纤维具有更细的直径和含有一定量的红外辐射抑制成分,随着隔热瓦中玄武岩纤维质量分数的增加,复合材料的室温热导率从63 mW/(m·K)降至47 mW/(m·K),在热面600℃持续15 min条件下的背面温度从200℃降至117℃,有效地提高了复合材料的隔热性能;但因玄武岩纤维的使用温度显著低于莫来石纤维,复合材料的高温线收缩率增大,热稳定性有所下降。     

纳米孔径酚醛树脂基泡沫碳前驱体的隔热性能

采用热塑性酚醛树脂为原料,通过液相低压发泡工艺制备得到具有纳米孔径的酚醛树脂基泡沫碳前驱体.研究了前驱体的隔热机理和纳米孔径结构对热导率的改善以及材料的热导率随体积密度和测试温度的变化规律.结果表明,由于具有均匀分布的纳米孔径结构,前驱体的隔热性得到改善和提高.前驱体的热导率随体积密度的增大存在一个最佳密度点,此时热导率取得极小值.200℃以前,前驱体的热导率随测试温度的升高先增后减,200℃以后热导率变化甚少,高密度的前驱体出现极大值拐点的温度比低密度前驱体延缓20℃.     

柔性二氧化硅气凝胶综述

二氧化硅气凝胶具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热性等特点,但存在强度低、韧性差等缺陷。在此基础上,柔性二氧化硅气凝胶通过改进传统二氧化硅气凝胶的制备工艺表现出了更优的力学性能与适用性。本文综述了国内外柔性二氧化硅气凝胶的最新研究进展,分析对比了不同类型气凝胶的性能参数;重点介绍了柔性二氧化硅气凝胶常用的制备方法,如前驱体改性法、聚合物改性法和纤维增强法。其中前驱体改性法通过对硅源种类的选择和组合,较容易实现气凝胶材料的微观结构与性能的设计,是目前制备柔性二氧化硅气凝胶的主要方法以及研究的热点内容。此外,总结了柔性二氧化硅气凝胶在保温隔热、油水分离、高效隔音领域的应用;同时对其发展前景进行了展望。     

纳米超级隔热材料的设计与制备

从纳米超级隔热材料的组成及微观结构角度分析了降低材料热导率的途径,提出了降低纳米超级隔热材料热导率的一般原则,制备了SiO2及SiO2-Al2O3纳米超级隔热材料并对材料的孔结构进行控制.结果表明:SiO2和SiO2-Al2O3纳米超级隔热材料具有均匀的多孔结构,Al2 O3的加入提高了SiO2纳米超级隔热材料的热稳定性,且不会破坏材料的多孔结构,室温热导率仅为0.02 W/(m·K),提出了Al2O3改善SiO2纳米超级隔热材料热稳定性的机理.     

SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温稳定性

以ZrOCl2·8H2O 为锆源,以环氧丙烷( PO) 为凝胶促进剂制备ZrO2 凝胶,将ZrO2 凝胶置于正硅
酸乙酯乙醇溶液中老化,再结合高温超临界干燥工艺制备了SiO2 改性ZrO2 气凝胶。通过对比ZrO2 气凝胶和
SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温结构转变讨论了SiO2 改性对ZrO2 气凝胶高温结构的影响。采用FT-IR、XRD、SEM
和TEM 等分析手段对样品进行高温结构表征。结果表明:采用正硅酸乙酯乙醇溶液老化ZrO2 凝胶后,在ZrO2
凝胶粒子表面形成了一层SiO2 包裹层,这层SiO2 包裹层显著抑制了ZrO2 的扩散、成核和生长过程,高温稳定
性得以显著提高。     

氧化硅气凝胶粉体材料力学性能的多尺度模拟

基于氧化硅气凝胶粉体材料内部的微结构特征,建立了能反映其特征结构的多尺度力学模型,利
用分子动力学方法模拟了氧化硅气凝胶的纳米多孔结构和拉伸性能,进一步利用离散元方法模拟了粉体材料
的模压成形和多轴压缩应力-应变曲线。分子动力学模拟表明,气凝胶密度越低,其分形维数越小。此外,离
散元模拟表明,氧化硅气凝胶粉体材料的弹性模量比对应的氧化硅气凝胶弹性模量低,压缩强度比对应气凝胶
的拉伸强度高;随着围压的增加,氧化硅气凝胶粉体材料的压缩强度增加。     

纤维结构对EPDM 复合材料性能的影响

对比了聚酰亚胺纤维、芳砜纶、芳纶纤维的热稳定性,并分别以这三种纤维为增强体,制备了短纤
维填充的三元乙丙(EPDM)热防护复合材料,对该材料的耐烧蚀性能、碳化层结构、力学性能以及纤维在橡胶
中的分散性进行了研究,结果表明聚酰亚胺纤维具有比芳砜纶、芳纶纤维更高的热稳定性和残碳率,由其填充
的EPDM 复合材料耐烧蚀性能最好,烧蚀深度为0. 8 mm。纤维在橡胶中的分散性与纤维结构有关,进而影响
复合材料的力学性能以及碳化层结构特性。     

水热-凝胶法ZrO2 气凝胶的制备与表征

以硝酸氧锆为锆源,尿素为凝胶促进剂,通过水热凝胶法结合超临界乙醇干燥,可成功制备出具
有良好纳米三维网络结构的ZrO2 气凝胶。采用透射电镜(TEM)、比表面积及孔隙度分析仪(BET),X 射线衍
射仪等测试手段对其结构进行了表征与测试。结果表明,ZrO2 气凝胶主要由无定型和四方晶相组成,其比表
面积为445 m2 / g,孔径主要分布在5 ~7 nm 和30 ~40 nm 两处。     

球锥组合体在热外压作用下的稳定性

球锥组合体作为飞行器头部,热外压稳定性是结构设计的主要问题。本文对薄壳结构进行稳定性分析,将临界外压的有限元计算值与试验修正的理论值进行对比,获得有限元分析的修正系数为0.8;然后采用数值和试验相结合的方法、并考虑材料力学性能的温度效应,对复合材料球锥组合体在热外压载荷下的稳定性进行研究,高温下材料性能退化对临界载荷的影响显著,加热不均匀对临界载荷也有一定影响,线胀系数对临界载荷的影响很小。     

柔性氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备和性能

以正硅酸乙酯为原料,高硅氧纤维为增强体,采用氨水催化一步法制备了柔性的纤维增强氧化硅气凝胶隔热复合材料。当pH=7时,气凝胶的比表面积最大;水含量增大,比表面积降低;乙醇含量增大,比表面积增大,EtOH/TEOS(摩尔比)大于10以上,比表面积增加不明显,趋于稳定。以比表面积较大的气凝胶作为基体的柔性复合材料常温热导率为0.031 W/(m.K)[纯高硅氧纤维毡为0.044 W/(m.K)]。该柔性隔热材料安装方便,特别适用于大面积、不规则形状的包覆隔热。     

低温耐油蒙脱土/ 氢化丁腈的制备和性能研究

采用热机械共混的方法,制备了有机蒙脱土(OMMT)/低温氢化丁腈(HNBR)的橡胶材料.热混炼工艺增强了OMMT在氢化丁腈中的分散性能,从而获得了性能优异的HNBR橡胶.SAXS、SEM和TEM照片展示了OMMT主要以插层结构和少量聚集体存在HNBR橡胶中.DSC曲线和压缩耐寒系数测试表明,少量添加OMMT,可在不明显限制HNBR橡胶分子链的运动条件下,提高HNBR填料网络密度,增加橡胶内部的网络协同密度,从而增强HNBR橡胶的低温弹性.少量OMMT( ＜10 phr)可大幅度提高HNBR橡胶的力学性能,但随着OMMT添加量继续增加,橡胶力学性能提高不明显.DMA测试表明,添加OMMT可提高其和HNBR橡胶的结合力及分散效果,成为增强HNBR橡胶力学性能的主要原因;与纯HNBR相比可提高橡胶的耐油性能.因此OMMT/HNBR复合材料是一种具有低温液压密封应用前景的橡胶材料.     

复合材料圆筒结构脱层损伤识别研究

针对复合材料圆筒结构,讨论了基于模态柔度曲率矩阵的无损检测方法。通过模态分析获得脱层复合材料圆筒的各阶固有频率及节点振型,计算得到轴向和周向柔度曲率矩阵来判断损伤。研究表明:轴向和周向柔度曲率矩阵两种方法均可达到精确识别脱层位置及大小的效果,且越靠近外筒壁,柔度曲率矩阵图突变越大,越易检测。相对而言,轴向柔度曲率Fc在脱层位置突变远大于周向柔度曲率Fd,更易判断损伤。但当损伤发生在沿轴线固定端边界时,轴向柔度曲率Fc本身就有较小突变,应用周向柔度曲率Fd识别防止误判。     

含醚结构双苯并环丁烯树脂的合成与性能

以4-溴苯并环丁烯为封端剂,在氯化亚铜催化下,与双酚A和双酚N发生亲核取代反应,合成了两种双苯并环丁烯封端的含醚单体BCB-1和BCB-2。两种单体的熔融温度低于100℃,在100-200℃熔体黏度低于1 Pa.s,表现出宽的加工窗口和良好的成型工艺性能。BCB-1和BCB-2两种树脂固化物的Tg分别为269和232℃,T5d5%分别为450和433℃,介电常数分别为2.88和2.58,损耗因子分别为8.4×10-3和2.7×10-3,表现出良好的耐热稳定性和优异的介电性能。其中BCB-2树脂由于在分子结构中引入了具有低摩尔极化度的大体积侧基—CF3,因此表现出更低的介电常数和损耗因子。     

ZrB2 改性C/ C-SiC 复合材料性能研究

采用碳纤维复合网胎针刺预制体,通过溶液浸渍工艺制备了碳纤维增强C/C-SiC和C/C-SiC-ZrB2陶瓷基复合材料,并对材料的力学、热物理和烧蚀性能进行了分析对比。结果表明:针刺C/C-SiC-ZrB2复合材料的面内弯曲强度、厚度方向的压缩强度、层间剪切强度分别为199、274和19.3 MPa,各性能均低于对应的针刺C/C-SiC复合材料。针刺C/C-SiC-ZrB2材料与针刺C/C-SiC材料相比,热导率得到大幅度提高,而线胀系数略微有所降低。2 500 K、600 s风洞试验后,针刺C/C-SiC-ZrB2复合材料表现出良好的抗氧化烧蚀性能,质量烧蚀率约0.4×10-4g/s。