可陶瓷化耐极限高温热老化高分子材料

介绍了可陶瓷化耐极限高温热老化高分子材料的特性及构成,综述了国内外研究现状,总结了陶瓷化转变机理,分析了可陶瓷化耐极限高温热老化高分子材料在被动防火领域和主动防火领域的应用前景。

以叶腊石和硅灰石为陶瓷填料的可陶瓷化EVA复合材料的制备与性能研究

以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基材,低软化点磷酸盐玻璃粉(GD)、叶腊石粉(PL)和硅灰石粉(WS)为陶瓷填料(CF),有机蒙脱土(OMMT)为抗熔滴剂,过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂,制备可陶瓷化EVA复合材料。对复合材料做力学性能测试、阻燃性能测试。对复合材料烧制的陶瓷做弯曲强度测试。结果表明,可陶瓷化EVA复合材料可以满足电缆力学性能要求;当ML︰WS=8︰2,陶瓷弯曲强度最佳,复合材料在700℃烧制的陶瓷弯曲强度为7.5 Mpa。可见,加入适量的WS对陶瓷的弯曲强度影响显著。

可陶瓷化酚醛树脂基复合材料烧蚀隔热性能研究

为了提高酚醛树脂基复合材料的烧蚀隔热性能,本研究采用陕西太航高残碳热固性硼酚醛树脂(THC)系列为基体,芳碳混编布为增强相,通过添加不同比例的锆系功能性填料(陶瓷化助剂)以制备可陶瓷化酚醛树脂基复合材料.通过对改性树脂进行热失重、残碳率、导热系数和线烧蚀率的性能测试分析并辅以扫描电子显微镜(SEM)表征.研究结果表明,加入填料,在500℃以下对材料的残碳率影响不大,500℃以上能显著提高复合材料的烧蚀隔热性能,且随着填料占比的增加,影响越明显.由于填料添加量>9%后会存在溶解困难,因此适用于工业生产制造的优选添加量为7%.

B_(4)C增强可陶瓷化硅橡胶复合材料的制备与性能

碳化硼(B_(4)C)具有密度低、强度大、高温稳定性及化学稳定性好等特点。本文向可陶瓷化的硅橡胶复合材料中引入B_(4)C,以改善复合材料的热稳定性及烧结陶瓷体的强度。通过测试复合材料陶瓷体的弯曲力学性能、热重分析以及显微形貌分析等方法,研究了不同的B_(4)C添加份数对复合材料的性能影响。实验结果表明,在1500℃下,复合材料残留率增加至76.6%,最大失重速率减小为0.2462%·℃^(-1),1000℃下烧结陶瓷体的弯曲断裂峰值力达到7.91N,且陶瓷体结构为单相,填料组分的相容性良好。由此可知B_(4)C可以有效增强可陶瓷化硅橡胶复合材料的性能,复合材料的热稳定性有较大程度的提升。

可陶瓷化硅橡胶的制备及性能研究

可陶瓷化硅橡胶是一种新型的阻燃材料。为了得到性能优良的陶瓷化硅橡胶,本文以甲基乙烯基硅橡胶为基体,白炭黑、硅灰石、云母、硼酸锌为无机填料,铂金催化剂为硫化剂,通过正交实验,探索不同因素对陶瓷化硅橡胶性能的影响。结果表明,在最佳配方下制得的陶瓷化硅橡胶,其综合性能为:橡胶的拉伸强度为2.69MPa,600℃下陶瓷体的弯曲强度为4.843 MPa,极限氧指数值为29.1%。各因素对拉伸强度的影响顺序为硅灰石>白炭黑>硼酸锌>云母>铂金催化剂,对弯曲强度的影响顺序为硅灰石>白炭黑>云母>硼酸锌>铂金催化剂,对极限氧指数的影响顺序为硅灰石>硼酸锌>铂金催化剂>白炭黑>云母,对综合指数的影响顺序为白炭黑>硅灰石>云母>硼酸锌>铂金催化剂。根据正交表分析得到的最优配方为:白炭黑20份,硅灰石50份,云母12份,硼酸锌9份,铂金催化剂0.2g。

铝粉对可陶瓷化硅橡胶复合材料及其陶瓷体性能的影响

将不同量的铝粉和硅橡胶/硅灰石进行共混,制备出一种可陶瓷化硅橡胶复合材料,并在1000℃下将其烧结形成陶瓷体。采用万能实验机测试了材料的力学性能,采用热重分析仪(TGA)分析了复合材料的热性能,采用扫描电镜(SEM)观察陶瓷体形貌及脆断面的结构,采用X射线衍射仪(XRD)分析了陶瓷体的晶相变化。结果表明:与不添加铝粉的材料相比,在添加质量分数15%的铝粉后,1500℃时复合材料残留率为76.7%,提升了9.1%,但添加铝粉对复合材料的力学性能影响较小;将复合材料烧成陶瓷体后内部相对致密,弯曲断裂峰值力达到6.00 N,相比不添加铝粉时提升了161%。添加铝粉能够有效改善可陶瓷化硅橡胶的耐热性并提高成瓷以后陶瓷体的力学强度。

耐高温可陶瓷化聚氨酯泡沫复合材料燃烧性能

采用复合阻燃体系和陶瓷粉改性聚氨酯制备了可陶瓷化聚氨酯泡沫复合材料,讨论了复合材料的耐燃性、高温线性变化、燃烧性能和显微结构等。结果表明,可陶瓷化聚氨酯泡沫复合材料持续燃烧20 min后仍保持初始状态时的结构外形和尺寸;平均离火自熄时间约为21 s,持续火焰燃烧条件下有发烟现象,但在持续燃烧20 min内无熔滴,质量保留率大于50%,且结构保持完好;新的含碳无机陶瓷多孔结构通过高温原位结构重建而保持结构自支撑特性;耐高温可陶瓷化聚氨酯泡沫复合材料具有良好的耐燃性。

添加剂对可陶瓷化硅橡胶性能的影响

通过对复合材料力学性能测试、热失重分析、扫描电镜、X射线分析等测试手段表征了7种不同种类添加剂对可陶瓷化硅橡胶性能的影响。结果表明:添加剂的引入使得陶瓷体的残余质量分数有较大提升,复合材料热稳定性有一定程度提高。当添加剂为铝(Al)、碳化硼(B_(4)C)、氮化硼(BN)时,对于复合材料热稳定性以及陶瓷体力学性能的提高较为明显,综合性能由好到差依次为:Al>B_(4)C>BN>未添加。

电线电缆用可陶瓷化高分子耐火材料及其应用

简述了电线电缆用可陶瓷化高分子耐火材料的基本特性、耐火原理,梳理了目前市场上普遍应用的三种可陶瓷化高分子耐火材料的加工工艺和基本性能参数,详细介绍了可陶瓷化高分子耐火材料在耐火电线、低压耐火电缆和中压耐火电缆中的应用和电缆结构,展望了可陶瓷化高分子耐火材料的发展前景。

精细化工实验课程教学改革与实践:可陶瓷化阻燃EVA复合材料的制备与性能研究

结合科研课题及实验教学经验,设计了题为"可陶瓷化阻燃EVA复合材料的制备与性能研究"的精细化工实验课教学项目。该实验以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基材,以叶腊石粉(PL)和磷酸盐玻璃粉(GD)为陶瓷化填料(CF),以有机蒙脱土(OMMT)为抗熔滴剂,以三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为阻燃剂,制备可陶瓷化阻燃EVA复合材料。实验优化了影响阻燃效果、陶瓷强度和复合材料力学性能的因素,确定了合适的配方组成等内容。本精细化工实验课结合了科研内容,能激发学生主动参与实验设计并自主探索科学的兴趣,有利于培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。

2.5D石英纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料的制备与烧蚀性能

通过预浸料模压工艺制备了2.5D石英纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料,采用TG测试、马弗炉静态烧蚀测试、力学测试、氧-乙炔试验、场发射扫描电镜等方法对2.5D纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料的热稳定性、力学性能、耐烧蚀性能进行分析测试,并与2D纤维增强硼酚醛树脂可陶瓷化复合材料进行对比。结果表明,陶瓷填料对复合材料的热性能有显著改善,失重第一阶段温度和残碳率明显增加;马弗炉热解后2D结构样品缺陷多,层间出现破坏,弯曲强度为14~20 MPa, 2.5D结构样品热解后保持了良好的整体结构,弯曲强度为16~24 MPa;通过氧乙炔烧蚀试验, 2.5D结构样品烧蚀30 s质量烧蚀率为0.0413 g/s,线烧蚀率为0.032 mm/s,烧蚀60 s质量烧蚀率为0.0218 g/s,线烧蚀率为0.023 mm/s,测试结果均优于与之对比的2D结构样品,通过SEM和EDS分析, 2.5D结构样品优异的抗热应力分层性能和纤维表面结构对复相陶瓷的稳定性是其低烧蚀率的主要原因。

可瓷化PDMS改性聚氨酯泡沫复合材料的制备及其性能研究

硬质聚氨酯泡沫塑料具有低密度、低导热系数和优良的隔热保温性能,但耐热性较差,需提高其耐热性以满足应用要求。本文使用羟基硅油(PDMS)对聚氨酯进行改性,并添加低熔点玻璃粉、滑石粉和高岭土等填料,采用模压成型工艺制备可瓷化PDMS改性聚氨酯泡沫复合材料,研究了高岭土对可瓷化PDMS改性聚氨酯泡沫复合材料压缩强度、导热系数和耐热性能等的影响。结果表明:随着高岭土含量的增加,材料的密度增大,导热系数变大,压缩强度提高;SEM结果显示,800℃处理后材料表面生成一层陶瓷化连续相结构;XRD分析表明新生成的陶瓷相为α-石英和斜方锰顽辉石。因此,无机填料的添加有效地提高了硬质聚氨酯泡沫塑料的耐热性。

基于含硼聚硅氮烷的耐高温胶粘剂制备及其性能研究

在分析了含硼聚硅氮烷(PSNB)陶瓷前驱体的固化行为、热解过程及热解产物结构变化的基础上,以PSNB为基体树脂,Ti B2、Si C和B4C为填料制备了低温固化的可陶瓷化耐高温胶粘剂,测试了胶粘剂用于石墨材料粘接时不同温度的粘接性能。结果表明,胶粘剂在800℃时粘接强度最高,达到12.5 MPa,随着测试温度上升,粘接强度降低,但在1 500℃时粘接强度仍达到3 MPa以上。利用扫描电镜结合XRD图谱分析表明,当前驱体热解产物处于无定型状态时,粘接层能保持完整的结构,对应的胶粘剂具有高的粘接强度;当前驱体热解产物产生部分析晶时会破坏粘接剂结构的完整性,从而降低胶粘剂的粘接性能。

基于硅橡胶基可加工前驱体的低温烧结CaZnSi_(2)O_(6)玻璃陶瓷

陶瓷材料的应用由于其烧结温度高、加工性能差而受到限制。以斜方硅钙石作为成瓷填料,低熔点玻璃粉作为助熔剂,纳米SiO_(2)作为补强剂,制备了硅橡胶基可陶瓷化复合材料。将这种复合材料作为可加工前驱体,在1000℃进行CaZnSi_(2)O_(6)玻璃陶瓷的烧结。研究了硅橡胶的质量分数和玻璃粉的含量对陶瓷材料力学性能的影响,研究了Bi_(2)O_(3)作为辅助助熔剂对陶瓷材料显微形貌、弯曲强度和介电性能的影响。结果表明:随着硅橡胶质量分数的减小或者玻璃粉含量的增加,陶瓷试样的弯曲强度先增大后减小。不加入Bi_(2)O_(3)时,经过1000℃烧结形成的陶瓷材料弯曲强度可以达到90.54 MPa,线性收缩率仅为15%。而适量的Bi_(2)O_(3)不仅可以提高显微形貌的致密度,使弯曲强度提高至110.48 MPa,还能够显著降低陶瓷材料在高温环境下的工频损耗,并且提高材料的工频击穿场强。本文制备的前驱体具有良好的加工性能,可以完成不同尺寸、不同形状的陶瓷材料的烧结。

玻璃料对Si_(3)N_(4)改性硼酚醛树脂复合材料高温性能及其介电性能的影响

为了探究助熔剂对树脂基复合材料高温性能及微观结构的影响,以低熔点玻璃料(GF)为助熔剂,Si_(3)N_(4)颗粒为耐高温陶瓷填料,采用模压工艺制备GF-Si_(3)N_(4)改性高硅氧玻璃纤维增强硼酚醛树脂复合材料(GFSi_(3)N_(4)/BPR),研究GF对复合材料高温性能及介电性能的影响。结果表明:引入的GF促进了复合材料表面液相的形成和陶瓷层的致密化,抑制了热氧对复合材料的进一步侵蚀,复合材料高温性能明显提高。1200℃处理后,其弯曲强度与纯树脂试样(BPR)和未添加GF的试样(Si_(3)N_(4)/BPR)相比,分别提高了81.3%和14.9%;质量烧蚀率分别降低了73.1%和55.1%。此外,在8.2 GHz下,复合材料的介电常数(ε)和损耗角正切值(tanδ)随温度的升高逐渐增大。而在800℃以上,生成的玻璃相有效遏制了树脂裂解产生的游离碳与孔洞、裂纹对材料介电性能的不利影响。所制备的复合材料具有优良的高温性能和介电性能,有望应用在高温透波领域。

石榴石微粉改性硼酚醛树脂的制备与耐高温性能

针对纤维增强酚醛树脂复合材料耐热性不足、抗烧蚀性能差的问题,采用岛状硅酸盐矿物-石榴石微粉(AM)作为可陶瓷化填料来改性硼酚醛树脂(BPR),采用模压工艺制备不同填料含量的AM/BPR可陶瓷化复合材料及高硅氧玻璃纤维(HSF)-AM/BPR可陶瓷化复合材料,探究AM对BPR体系的耐热、耐烧蚀和力学性能的影响及在不同温度下材料的物相转变及微观形貌变化。结果表明,随着AM含量的提高,AM/BPR复合材料的耐热性提高,800℃以上形成液相,并在1100℃时形成较致密的陶瓷层,对复合材料高温性能、抗烧蚀性能提高有重要作用,当AM含量为50wt%时,线烧蚀率为0.221 mm/s,质量烧蚀率为0.103 g/s,与纯BPR相比分别降低了44.05%和43.6%;当AM含量为40wt%时,HSF-AM/BPR可陶瓷化复合材料高温处理前后的弯曲强度比未加填料前分别提高了29%和47.97%,其优良的耐热、耐烧蚀和力学性能有望作为热防护材料应用于航天领域。