含氰基聚碳硅烷的合成及影响因素研究

聚碳硅烷(PCS)是碳化硅(SiC)纤维和陶瓷的重要先驱体之一。以PCS作为先驱体制备SiC纤维和陶瓷时,通常存在陶瓷产率低的问题,进而影响最终产品质量。利用含铑催化剂以及偶氮二异丁腈,使通常不易进行硅氢化反应的丙烯腈和PCS发生反应,将氰基引入PCS分子中,合成出新型含氰基聚碳硅烷(PCSCN)先驱体。与PCS相比,以含铑催化剂合成的PCSCN的陶瓷产率可大幅提高至80%以上。用红外、核磁分析了PCSCN的分子结构,结果表明两种催化剂引发的硅氢化反应均是以α加成方式为主。此外,以含铑催化剂催化硅氢化反应时,反应程度初期随着反应时间延长、反应温度升高而加深,但反应5 h后或60℃以上基本不变;增加丙烯腈的量有利于增加反应程度,从而引入较多的氰基,但增加幅度不明显。

不同纤度PAN纤维预氧化过程研究

采用红外吸收光谱(FT-IR)分析、差示扫描量热(DSC)分析、X射线衍射(XRD)分析等表征手段及纤维密度、皮芯结构测试方法,考察了不同纤度PAN纤维在预氧化过程中的反应、晶体结构和皮芯结构的变化。结果表明:在预氧化后期,相同的预氧化温度下,纤度较小的PAN纤维发生了更多的氧化反应,具有较高的相对环化率和略高的密度;纤度较小的预氧化纤维具有较小的芯,相对容易获得均质结构。

核用碳化硅纤维增强碳化硅复合材料研究进展

碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_(f)/SiC)复合材料具有低中子毒性、耐中子辐照和耐高温氧化等特性,成为先进核能系统重要的候选结构材料。近年来,国内外学术界和工业界针对核用SiC_(f)/SiC复合材料开展了大量研究工作,取得了一系列重要的研究进展。针对SiC_(f)/SiC复合材料面向核用所关注的重点方向,如核用SiC纤维、纤维/基体界面相、复合材料制备工艺、数值仿真、腐蚀行为和表面防护、连接技术以及辐照损伤等方面,本文进行了综述和讨论,并针对核用要求指出了SiC_(f)/SiC复合材料存在的主要问题和可能的解决思路,希望对该材料的进一步研发和最终应用有所裨益。

温度对PAN-DMSO-H_2O体系凝胶化行为的影响

丙烯腈(AN)和衣康酸(IA)经自由基溶液聚合合成相对分子质量中等的聚丙烯腈(PAN)共聚物,用流变学方法研究了温度对PAN-DMSO-H2O三元体系凝胶化过程的影响,以及三元体系储能模量G′、损耗模量G″等流变特性在凝胶化过程中的变化,得出不同温度下该体系的凝胶化转变与时间的变化规律。结果表明:温度越低,凝胶化转变所需时间越短。此外,还发现凝胶成形是逐渐变化的过程,凝胶点之后,网络结构仍继续生长形成更致密的结构。

聚丙烯腈原丝中粘连的形成与控制

采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对聚丙烯腈(PAN)原丝中粘连的特征、危害和形成进行了研究。结果表明,粘连是尺度最大、最致命的缺陷,它不但会导致碳纤维性能降低,而会影响正常生产的进行;粘连形成的主要原因是凝固浴浓度过高或者纤维表面上油不均匀。同时指出,要避免发生粘连,一方面必须选择合适的凝固浴浓度并将其控制稳定;另一方面要尽量提高上油的均匀性,充分发挥油剂的隔离作用。并介绍了一些提高上油均匀性的方法和技术。

基于Grignard偶合法合成液态超支化聚碳硅烷

液态超支化聚碳硅烷(Liquid Hyperbranched Polycarbosilane,LHBPCS)作为一种纤维增强Si C陶瓷基复合材料的先驱体,因具有流动性好、可自交联、陶瓷产率高以及热解产物接近Si C化学计量比等优点而备受关注。在多种制备LHBPCS的方法中,Grignard偶合法因操作简单、中间产物不需要提纯、原料成本较低且可以采用多种原料混合的方法对LHBPCS的组成和结构进行调控以得到性能优越的Si C陶瓷先驱体而成为研究的热点和方向。论文对基于Grignard偶合法合成LHBPCS以及LHBPCS后续的交联和陶瓷化等工艺的主要研究进行综述,并展望今后的发展。

热定型张力对PAN原丝结构与性能的影响

研究了热定型过程中的张力对PAN原丝结构与性能的影响。结果表明:热定型张力对PAN原丝的物理性能影响很大;随着热定型张力减小,PAN原丝的抗拉伸强度和初始模量随之减小,而断裂后伸长率逐渐增大;沸水收缩率和取向度也随着定型松弛幅度的增加而降低。

流变和光学法研究PAN/DMSO/H_2O体系的凝胶化和相分离行为

碳纤维是非常重要的增强材料,在军工以及高档民用产品中用途广泛。因为聚丙烯腈原丝的结构会"遗传"到最终的碳纤维结构中,因此原丝结构对碳纤维的性能影响很大。原丝的结构是纺丝液在凝固浴中的相分离和凝胶化两个过程决定的,因此研究这两个过程的规律并进一步控制它们的进程,达到调控原丝结构的目的是非常重要的。本文介绍了本课题组利用流变学及光学的方法研究PAN/DMSO/H2O体系凝胶化及相分离行为的最新研究成果,主要探索了PAN/DMSO/H2O浓溶液中凝胶化行为,发现了二次自相似结构的形成并对其机理进行了分析,并对PAN/DMSO/H2O亚浓溶液中凝胶化与相分离的耦合过程进行了研究,分析了最终凝胶的结构特性及Winter-Chambon模型在此过程中的适用性。最后,对PAN/DMSO/H2O体系凝胶化及相分离行为的下一步研究进行了展望。