聚碳硅烷基复合材料固化与热解研究

发布时间：2017-05-04 04:03

  本文关键词：聚碳硅烷基复合材料固化与热解研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳化硅(Si C)陶瓷是一种具有高温承载能力强、硬度高、抗氧化、耐磨损、热导率大、热膨胀系数小、耐化学腐蚀等优异性能的材料,广泛应用于原子能、航空航天、汽车、半导体、电子等领域。本课题选取聚碳硅烷(PCS)作为先驱体制备Si C,二乙烯基苯(DVB)为溶剂和交联剂,采用热固化和γ射线辐射固化的方式对聚碳硅烷基树脂进行不熔化处理。论文首先对聚碳硅烷基树脂的热固化以及γ射线辐照固化机理进行了研究,探讨了反应条件对热固化和辐照固化的影响。结果表明:热固化产物裂纹较严重,体系内发生硅氢化交联反应和乙烯基自交联反应。对于聚碳硅烷基树脂,最佳的工艺是DVB/PCS配比为0.7,热交联反应温度和时间分别为160℃和8h。γ射线辐照聚碳硅烷基树脂,能够引发体系激发和电离出H·以及CH2=CH·等自由基,自由基之间发生交联反应。辐照固化产物基本无裂纹,体系经γ射线60k Gy辐照后的固化产物存在两相结构,而经γ射线100k Gy辐照的固化产物仅有一相,同时Tg上升。且聚碳硅烷基树脂经γ射线40k Gy辐照后热固化温度大幅降低。在聚碳硅烷基树脂中分别添加Si C、石墨烯和氧化石墨烯填料,探讨填料对聚碳硅烷基树脂热固化和辐照固化的影响。研究结果表明添加30vol.%Si C的树脂热固化产物基本无裂纹,树脂中添加Si C后热固化温度有所下降且固化反应活化能、反应级数降低。分别添加0.5wt.%石墨烯和0.5wt.%氧化石墨烯的树脂热固化产物基本无裂纹但有孔隙。分别添加30vol.%Si C、0.5wt.%石墨烯、0.5wt.%氧化石墨烯的聚碳硅烷基复合体系经γ射线60k Gy辐照后都只存在单相结构,同时Tg上升,但都低于γ射线100k Gy辐照后的纯树脂固化产物。Si C、石墨烯和氧化石墨烯经γ射线60k Gy辐照后的表面形貌发生了变化,甚至氧化石墨烯的官能团也发生了变化。聚碳硅烷基树脂热固化以及辐照固化产物热解主要有三个阶段,固化产物在室温到400℃之间的重量损失较小,400℃到600℃之间的质量损失最大,活化能大约为120k J/mol;600℃到800℃之间的热解活化能为260k J/mol左右。产物在800℃以上并未出现失重但发生非晶态向晶态转变。固化产物在1300℃、Ar中的热解产物是β-Si C。聚碳硅烷基树脂固化产物在600℃之前的热解过程由随机成核和生长机理的表面反应控制,其热解动力学符合Avrami-Erofeev方程;而在600℃到800℃之间的热解过程由一维扩散控制,其热解动力学符合抛物线法则:F(ɑ)=ɑ2。
【关键词】：聚碳硅烷基树脂 热固化 辐照固化 热解 碳化硅
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 碳化硅陶瓷13-16
• 1.1.1 概述13-14
• 1.1.2 碳化硅陶瓷的制备14-15
• 1.1.3 碳化硅陶瓷的特性和用途15-16
• 1.2 先驱体转化法制备陶瓷的研究与进展16-23
• 1.2.1 陶瓷先驱体的发展现状16-18
• 1.2.2 聚碳硅烷的不熔化处理18-19
• 1.2.3 聚碳硅烷热解研究现状19-23
• 1.3 树脂基复合材料辐射固化研究23-26
• 1.3.1 复合材料辐射固化特点23
• 1.3.2 辐射固化复合材料的固化机理研究23-26
• 1.4 本论文的选题依据及研究内容26-28
• 第二章 实验原料、设备与研究方案28-34
• 2.1 实验原料28
• 2.1.1 基体树脂28
• 2.1.2 填料28
• 2.1.3 其他试剂28
• 2.2 实验仪器与设备28-29
• 2.2.1 60Co-γ 射线辐照装置28-29
• 2.2.2 其他仪器29
• 2.3 研究方案与测试分析29-34
• 2.3.1 实验方案29-30
• 2.3.2 测试与分析30-34
• 第三章 聚碳硅烷基树脂热固化及辐照固化研究34-52
• 3.1 聚碳硅烷基树脂热固化反应的研究34-42
• 3.1.1 聚碳硅烷基树脂热交联反应机理34-38
• 3.1.2 DVB/PCS配比及热固化工艺对聚碳硅烷基树脂热固化的影响38-42
• 3.2 聚碳硅烷基树脂辐照固化反应的研究42-49
• 3.2.1 聚碳硅烷基树脂辐照固化机理42-47
• 3.2.2 DVB/PCS配比及辐照工艺对聚碳硅烷基树脂辐照固化的影响47-49
• 3.3 辐照/热协同固化聚碳硅烷基树脂研究49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 填料对聚碳硅烷基树脂固化的影响52-69
• 4.1 填料对树脂热固化的影响52-59
• 4.1.1 Si C对树脂热固化的影响52-57
• 4.1.2 石墨烯对树脂热固化的影响57-58
• 4.1.3 氧化石墨烯对树脂热固化的影响58-59
• 4.2 填料对树脂辐照固化的影响59-68
• 4.2.1 Si C对树脂辐照固化的影响59-62
• 4.2.2 石墨烯对聚碳硅烷基树脂辐照固化的影响62-64
• 4.2.3 氧化石墨烯对聚碳硅烷基树脂辐照固化的影响64-67
• 4.2.4 填料对树脂辐照固化产物交联密度及刚性的影响67-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第五章 聚碳硅烷基树脂固化产物热解研究69-82
• 5.1 热固化树脂的热解行为研究69-72
• 5.2 辐照固化树脂的热解行为研究72-74
• 5.3 热固化和辐照固化树脂的热解动力学研究74-80
• 5.4 本章小结80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-91
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文91

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