新型复合材料基体液体氰酸酯树脂研究

为了解决双酚A型氰酸酯树脂熔点较高、不适合树脂传递模塑成型(RTM)和中低温成型的问题,制备了一种低粘度氰酸酯树脂-液体酚醛氰酸酯树脂(NCE,Novolac cyanate ester resin)。NCE树脂40℃粘度在300 mPa·s以下,热固化温度170～270℃(峰值230℃),160℃时凝胶时间约75 min,适合RTM成型复合材料。NCE树脂为其催化固化提供了流变条件,加入质量百分比为0.5%的二月桂酸二丁基锡可将固化温度降低约80℃,仍然具有良好的RTM工艺窗口。NCE树脂玻璃化温度约350℃,远高于通用的双酚A型氧酸酯树脂(约220℃),适合作为耐高温结构复合材料基体。

炔基聚酰亚胺杂化树脂的制备与复合材料性能

合成了一种低熔点炔基聚酰亚胺杂化树脂,并作为耐高温复合材料基体,研究了石英布层压复合材料的性能。以4-苯乙炔苯酐（4-PEPA）、3-乙炔苯胺（3-APA）和1,1,3,3-四甲基二硅氧烷（TMDS）为原料,经热处理得到低熔点炔基聚酰亚胺树脂。将炔基聚酰亚胺与苯乙炔封端硅芳炔树脂（BLJ）熔融共混得到具有较低固化温度的炔基聚酰亚胺杂化树脂。结果表明,炔基聚酰亚胺杂化树脂的熔点很低（〈80℃）,在80~110℃具有适宜和稳定的粘度,适合复合材料的RTM成型工艺;炔基聚酰亚胺杂化树脂具有很低的固化温度（约125~170℃）。炔基聚酰亚胺杂化树脂具有较高的耐热氧化性（500℃空气气氛中处理10 min失重率小于5%）。炔基聚酰亚胺杂化树脂石英布层压复合材料的玻璃化温度大于350℃,具有很高的高温力学性能,有望应用于航空航天耐热结构材料。

含锆超高温非氧化物陶瓷材料的研究进展

含锆超高温陶瓷材料是可以应用于极高温度和氧化气氛下的特种材料。目前研究着重于Zr B2-Si C、Zr B2-Zr C-Si C等复合材料的制备方法和性能。本文总结了近几年国内外锆基超高温陶瓷材料的制备与性能的研究,包括无机粉末烧结法制备工艺、前驱体聚合物制备工艺和耐高温氧化过程及其机理等。最后对未来研究趋势进行了展望。

SiC-ZrC陶瓷单组分前驱体树脂的制备与性能

通过Wurz-Fittig共缩聚反应合成了锆含量可调的聚锆硅烷树脂，作为SiC-ZrC陶瓷单组分前驱体。聚锆硅烷树脂具有聚合物基复合材料的加工工艺性能，具有热固化性（热固化温度110--200℃），在氩气气氛中于1000-1400℃高温裂解生成SiC-ZrC复相陶瓷（陶瓷产率〉60%）。聚锆硅烷树脂适合陶瓷基复合材料的聚合物浸渍裂解致密工艺（PIP）。基于前驱体聚合物的锆基复相陶瓷在空气中具有突出的耐高温氧化性，可望应用于超高音速大气层飞行器的耐高温、耐氧化陶瓷材料。

SiC-ZrC复相陶瓷先驱体的制备与性能

以炔基聚硅烷（PEPSI）为硅源和聚锆氧烷（PNZ）为锆源,制备了SiC-ZrC复相陶瓷先驱体。SiC-ZrC先驱体通过炔基的聚合、硅氢加成和锆氧烷与硅氢键的缩合,在260~340℃热固化。SiC-ZrC先驱体中加入乙酰丙酮镍（NIAA）,会降低先驱体的固化温度、提高陶瓷产率和促进陶瓷结晶,表明乙酰丙酮镍（NIAA）对SiC-ZrC先驱体具有催化固化和促进结晶的作用。N2气氛下,先驱体PEPSI-0.8PNZ-NIAA（PEPSI∶PNZ∶NIAA质量比为1.00∶0.80∶0.01）经1 600℃裂解的陶瓷产率为43%。XRD和SEM-EDS结果表明,SiC-ZrC先驱体在1 600℃下发生碳热还原反应,得到了纯度较高的SiC-ZrC复相陶瓷,Si、Zr和C元素在陶瓷材料中均匀分布。SiC-ZrC先驱体有望作为理想的高温陶瓷基体树脂。

基于荷载横向分布的20m斜交梁式桥支座 选型精确分析

装配式斜交梁式桥受力特点不同于正交梁式桥,传统结构分析软件无法直接获取单梁的荷载横向分布系数。该文基于7片斜交梁式桥,采用梁格法模型通过提取截面剪力和支座反力值,明确了支座截面处、1/4跨截面处和1/2跨截面处的荷载横向分布效应。在此基础上,进行了较为精确的支座选型分析,分析思路和结果可为类似结构提供参考。

ZrC–SiC复相陶瓷先驱体的制备与性能

以聚锆氧烷（PNZ）为锆源树脂、炔基聚硅烷（PEPSI）为硅源树脂、双酚A型苯并噁嗪（BOZ）为碳源树脂,制备一种低成本高效率Zr C-Si C复相陶瓷先驱体。Zr C-Si C复相陶瓷先驱体适合陶瓷基复合材料的循环浸渍-裂解工艺,通过炔基的催化聚合、苯并噁嗪的开环聚合和锆氧烷与酚羟基、硅氢键的缩合聚合,在200~350℃热固化。N2气氛,优化配方中PNZ、PEPSI、BOZ的质量比为1.00：0.30：0.30）。在1 000、1 200、1 400和1 600℃高温裂解陶瓷的产率分别为64%、62%、62%和37%。通过1 600℃碳热还原反应,得到高度结晶和分布均匀的Zr C-Si C复相陶瓷。Zr C-Si C先驱体是理想的低成本超高温陶瓷基体树脂。

生物质酚醛木材粘合剂的合成与性能

采用杨树皮裂解生物油制备了用于胶合板和定向刨花板的生物质酚醛粘合剂。通过红外光谱,示差扫描量热分析,粘度和凝胶时间测定对胶粘剂的性能进行了研究,并测试了胶粘剂用量对胶合板、定向刨花板性能的影响。结果表明:生物油替代苯酚的比例为50%时,可制成储存稳定满足预冷压和热压工艺要求的木材粘合剂。生物质酚醛树脂胶粘剂用量为105 g/m2时,制得的胶合板(五合板)性能即可达到E0级I类胶合板要求,用量为120g/m3时,制得的定向刨花板(15 mm)满足E0级OSB-2要求,甲醛释放量≤0.1 g/L。该产品是一种低成本的环保型木材粘合剂。

液体硅氮烷前驱体的制备、热固化与陶瓷化

通过甲基氢二氯硅烷、甲基三氯硅烷和三甲基氯硅烷的共氨解,制备了液体硅氮烷低聚物（LSZ）,并通过六亚甲基二异氰酸酯（HDI）对LSZ进行加成扩链反应,预聚制备了不同黏度的液体聚硅氮烷（PSZ）.在预聚反应中,随着HDI用量的增加,PSZ产物黏度增大;HDI用量小于10％（质量分数）时,PSZ为长期稳定的液体状态;HDI含量大于10％时,PSZ在反应的48h内能保持液体状态,最终变为固态.随着HDI用量的增大,PSZ热固化时的转胺基反应呈现明显的2段;60-135℃区间的固化峰偏向低温,170-250℃区间的固化峰也更为明显;预聚扩链反应消除了LSZ热固化时挥发形成的吸热峰.随着HDI用量的增加,PSZ陶瓷产率显著提高（HDI用量0、5％和20％时,陶瓷产率分别为22.6％、43.2％和58.7％）.

生物油苯并恶嗪酚醛树脂的合成与性能

以甲酚液化生物质得到的生物油,多聚甲醛及不同二胺制备了生物油苯并恶嗪酚醛树脂(bio BOZ)。利用红外光谱,凝胶色谱,气相色谱-质谱联用仪,示差扫描量热仪、热重分析及凝胶时间测定对树脂的性能进行了表征。结果表明:中温甲酚液化生物油更适合酚醛树脂的制备。以生物油,聚醚胺和甲醛制备的生物苯并恶嗪酚醛树脂具有良好的流变性。分子质量较大的聚醚胺作为胺类单体时树脂固化温度稍低,酸催化下可明显降低树脂固化温度。随着胺类单体中乙二胺用量的增加,生物苯并恶嗪酚醛树脂的残炭率随之增加。热分解温度随着聚醚胺分子质量增大而稍有增大,且随着乙二胺用量增加而有所降低。