聚硅氮烷/MoS_(2)高温自润滑涂层的制备及性能研究

高温固体自润滑涂层因具有优异的摩擦学性能和极好的附着力,已被广泛应用于航空、航天等领域.本文中采用陶瓷前驱体聚硅氮烷为粘接剂,MoS_(2)为润滑填料制备了1种新型的宽温域减摩抗磨涂层.系统探究了各因素对涂层摩擦学性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman等表征分析涂层的微观组织、物相组成及磨损机理.结果表明:聚硅氮烷/MoS_(2)涂层不仅和基底结合力强,且在25~300℃较宽温域范围内具有优异的减摩抗磨性能.其中300℃热处理的涂层在200℃、9 N及90 r/min的测试条件下具有最佳润滑性能:平均摩擦系数为0.05,磨损率为7.6×10^(-5)mm^(3)/(N·m).涂层在中高温下体现出优异的润滑和耐磨性能,这主要得益于MoS_(2)特殊层状结构和弱的剪切应力以及高硬度无机非晶态陶瓷相SiOC的形成.该涂层的成功制备有望为高温工况下服役的零部件表面润滑防护提供理论依据及数据支持.

改性聚硅氮烷的应用研究进展

聚硅氮烷因其特殊的化学机构被广泛地应用于材料涂层合成、陶瓷前驱体制备、设备包装、表面防护等领域。对材料进行改性是增加材料功能,增强材料性能的最为有效的方法之一。重点论述聚硅氮烷不同化学键功能以及与不同物质改性后的性能变化,展望聚硅氮烷的发展前景与研究方向。

苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷的合成及乙烯基酯树脂复合物的性能

以苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为原料,制备了苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷(MPOSS),采用^(1)H-NMR,^(13)C-NMR,^(29)Si-NMR和MALDI-TOF-MS证明MPOSS段主体为完整的T10和T12笼型结构。将MPOSS用于乙烯基酯树脂(VER)制备了VER/MPOSS复合物,热重分析、差示扫描量热分析和力学性能测试表明,VER/MPOSS复合物的热稳定性和玻璃化转变温度随MPOSS比例增加而升高;相对于纯VER,添加20%的MPOSS后复合物的弯曲强度、弯曲模量和断裂力分别提高了203%,365%和200%,力学性能显著提升。极限氧指数、锥形量热、热重-红外等阻燃性能与机理研究表明,MPOSS促进了致密炭层的形成,阻止了有机挥发性产物的释放,降低了VER的热释放、烟释放和有毒气体释放量,增强了VER/MPOSS复合物的阻燃性能。综合认为,MPOSS同时提高了乙烯基酯树脂的力学性能、阻燃性能和综合性能。

聚硅氮烷涂层用于改性注聚筛管耐腐蚀抗堵塞性能可行性研究

为了改善石油工业中注聚筛管易堵塞的现状,将聚硅氮烷涂层涂覆于注聚筛管基材表面。考察刷涂和浸涂工艺对涂层表面基本性能的影响,测试并计算涂层的表面能,采用电化学方法测试涂层的耐腐蚀性,并使用X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀产物的物相以探讨腐蚀机理。结果表明:刷涂工艺能够得到性能更好的涂层,涂层平均厚度小于8μm,硬度5H,附着力0级。聚硅氮烷改性涂层平均水接触角为107.6°,平均油接触角为47.8°,表面能γS为15.1 mJ/m^(2),属于低表面能,聚硅氮烷涂层改性后钢片的疏水疏油性及耐腐蚀性均显著提高,从而有利于减少聚合物驱油剂的吸附,降低注聚筛管堵塞的风险,有望用于解决石油开采过程中注聚筛管易堵塞的问题。

全氢聚硅氮烷涂层在光电领域的研究进展

以全氢聚硅氮烷(PHPS)作为前驱体制备的涂层在光电领域有较高的应用价值。介绍了PHPS分子结构和PHPS涂层的形成机理,搜集整理了PHPS涂层的期刊文献与专利文献,根据功能将PHPS涂层分为介电层、阻隔层、光学层,以及其他功能层,分析了不同功能涂层中PHPS结构、改性原料、制备方法、涂层结构等因素对涂层性能的影响,对PHPS涂层在我国应用现状进行总结并提出未来的展望。

低聚硅倍半氧烷在HTPB复合推进剂中的多功能作用

为提升复合固体推进剂的综合性能,将不同质量分数的八苯基硅倍半氧烷(OPS)、八氨基苯基硅倍半氧烷(OAPS)、八硝基苯基硅倍半氧烷(ONPS)和八(二硝基苯基)硅倍半氧烷(ODNPS)等4种有机-无机杂化结构的多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)加入端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中。使用电子万能试验机、热机械分析仪测定推进剂的拉伸力学性能;使用氧弹量热仪测定推进剂在3 MPa氮气下的爆热;利用线扫描摄像燃速测定系统测定了推进剂的燃速—压强关系;采用扫描电镜、激光粒度仪和X射线衍射仪(XRD)对推进剂爆热测试后的凝聚相燃烧产物进行微观形貌、粒度及物相分析;采用同步热分析仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对POSS影响推进剂燃烧的机理进行了分析。结果表明,4种POSS均可增强推进剂的拉伸力学性能,八氨基苯基硅倍半氧烷(OAPS)效果最优;4种POSS均可提高推进剂的燃速,ONPS质量分数为3%时,推进剂燃速及爆热最高;4种POSS均可促进推进剂铝燃烧,明显减小凝聚相燃烧产物的粒径,ODNPS效果最优。分析认为,ONPS和ODNPS热解、燃烧产生的纳米尺寸的芳香碳和氧化硅,提高了推进剂燃速,抑制了推进剂铝燃烧团聚。

聚硅氮烷的干法纺丝及纤维的紫外辐照交联研究

将不同质量的聚硅氮烷(PSZ)先驱体溶于二甲苯中,配制成不同浓度的纺丝液,并通过干法纺丝、紫外辐照交联法以及1 100℃高温裂解将PSZ纺丝液转化为硅碳氮(氧)(SiCN(O))纤维。采用旋转流变仪、FTIR、SEM、XPS和TG等手段研究了PSZ纺丝液的流变性能和PSZ纤维的紫外辐照交联过程,并对辐照前后的PSZ纤维及SiCN(O)纤维的组成、结构和性能进行了表征。结果表明,质量分数为87%的PSZ纺丝液在室温下存在切力变稀的行为,属于假塑性流体,具有优异的干法纺丝性能;PSZ纤维在波长为185 nm的紫外光下辐照7 h后,其陶瓷产率较原纤维提升了30.8%。本研究对于PSZ新的纺丝工艺和PSZ纤维的不熔化处理具有一定的探索意义。

细直径聚硅氮烷纤维的碘蒸气不熔化机理

为探究聚硅氮烷纤维的碘蒸气不熔化机理,以甲基二氯硅烷和二甲基二氯硅烷为原料,采用先驱体转化法制备了直径为6.5μm的连续细直径聚硅氮烷(Polysilazane,PSZ)纤维,采用碘蒸气不熔化来制备PSZ交联纤维。利用凝胶液相色谱仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和电子单纤维强力仪对PSZ纤维的化学结构、微观形貌、相组成和拉伸强度进行表征,探讨PSZ纤维的不熔化机理。结果表明:在80℃的条件下,碘蒸气不熔化仅需3 h即可将PSZ纤维转化为交联纤维,交联纤维经高温热解后得到抗拉强度为(1.53±0.27)GPa的SiCN陶瓷纤维。在交联过程中,Si—H和N—H被碘脱氢,在空气氛中重组为Si—O—Si和N—I,这有助于PSZ纤维的不熔化。与空气不熔化相比,该方法具有不熔化温度低,不熔化效率高等优点。

含氟聚硅氮烷的制备及其性能研究

聚甲基氢硅氮烷(简称PMSZ)是一类典型的有机聚硅氮烷(OPSZ)。通过硅氢加成反应在PMSZ的硅氢键上引入全氟烯烃,合成了一种新型的氟代有机硅材料,该含氟聚硅氮烷具有优异的附着力和较低的表面能特性,可以将其作为功能涂料有效改善底材的防污易清洁特性。在此基础上,系统考察了含氟聚硅氮烷在硬度、抗开裂、耐磨等机械性能上的表现,阐明了不同含氟量聚硅氮烷对涂层性能的影响,很好地解决了以往有机硅和有机氟树脂在防污易清洁涂层构建上的缺陷。

聚硅铁短时混凝过滤应急工艺及效果

为保证污染的快速有效处理,基于聚硅铁(PSF)的优异混凝效果及其絮体的快速沉淀性能,以模拟生活污水为试验水样,对短时混凝沉淀工艺(短时工艺)的絮凝和沉淀时间等参数的选择及其对过滤的影响进行研究,对比研究聚硅铁和聚合氯化铝(PAC)在混凝过滤的短时和常规工艺下的去除效果,并利用扫描电镜对其絮体进行分析,最后观察短时工艺对于实际生活污水的处理效果。结果表明,在混凝沉淀试验中,絮凝2 min、沉淀3 min时的PSF短时工艺就能达到与常规工艺较为接近的污染物去除水平。投加量为0.162 mmol/L时,浊度和CODCr平均去除差异率分别为0.59%和11.5%。在过滤试验中,短时PSF工艺的滤后水水质稳定,平均CODCr去除率达到85.53%,比PAC短时工艺高了7.16%。扫描电镜图片表明短时PSF工艺的絮体比PAC絮体结构紧凑,颗粒粒径大,具有更好的絮凝沉淀效果。在处理实际生活污水的试验中,投加量达到0.162 mmol/L时,PSF短时工艺对于浊度和CODCr的去除效果比PAC短时工艺分别高了27.88%和11.11%。

聚硅硫酸铁的制备及对生猪养殖废水磷酸盐去除的研究

为了解决生猪养殖污水磷排放量超标问题,制备了一种高效混凝剂聚硅硫酸铁,并开展对生猪养殖废水中磷酸盐的去除研究。实验分别制备聚合硫酸铁和聚硅酸并将其按不同物质的量比例混合制备聚硅硫酸铁,探究了混凝剂种类、混凝剂投加量、助凝剂投加量以及pH值对生猪养殖废水中磷酸盐去除率的影响。结果表明:Si/Fe物质的量比为0.6的聚硅硫酸铁的混凝效果最佳,当聚硅硫酸铁投加量为30 mL/L,助凝剂投加量为25 mL/L,初始pH值为8时,磷酸盐去除效果最佳,去除率达99.4%。本研究结果对实现生猪养殖废水中磷酸盐的高效去除和污水的达标排放具有重要的现实意义。

聚丙烯腈-聚硅氮烷改性碳纤维的性能研究

通过在碳纤维表面构筑聚丙烯腈(PAN)过渡层及有机聚硅氮烷(OPSZ)陶瓷前驱体层,经低温固化与高温裂解后制备具有高温抗氧化效能的碳-陶瓷/碳纤维(PAN-OPSZ/CF)。通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、热重分析(TGA)、单丝拉伸测试进行表面形貌、抗氧化性能以及力学性能的研究。结果表明,提升PAN溶液浓度,Si元素的相对含量从7.04%提高到11.76%,碳纤维的拉伸强度损失值从14.12%降低至2.08%;最大失重速率从26.8%/min降至7.6%/min。说明PAN层的涂覆有助于Si元素在碳纤维表面附着并保护碳纤维免受损伤,PAN-OPSZ涂层能有效提高碳纤维的高温抗氧化性,在碳纤维增强复合材料领域具有十分广阔的应用前景。

聚硅硫酸铝的混凝性能研究

本文应用分光光度计和函数记录仪联用系统对聚硅硫酸铝 (PASS)的混凝效果进行了在线考察 ,直观地反映了铝硅配比、熟化时间、慢搅时间等因素对 PASS混凝性能的影响。

无机高分子混凝剂聚硅硫酸盐的制备

无机高分子絮凝剂是城市用水和工业废水处理的有效药剂。在研究聚合硫酸铁(PFS)合成工艺的基础上,设计出一套合成无机高分子混凝剂聚硅硫酸铁(PSPFS)和聚硅硫酸铝铁(PSAFS)的方法。采用正交试验法,通过模拟浊水的混凝试验,确定Fe/Si摩尔比、Na2SiO3.9H2O溶液聚合时间、反应时间、反应温度和Al/Si摩尔比等最佳参数。

聚硅酸制备方法对PASC品质影响的研究

研究了不同方法制备的聚硅酸用于合成聚硅氯化铝 (PASC)后 。

复配聚硅硫酸盐混凝剂对藻类污水絮凝效果的研究

以硅酸钠、硫酸铝和硫酸铁为原料,采用复合共聚法制备出聚硅硫酸铝(PASS)和聚硅硫酸铁(PFSS),分别以聚硅硫酸铝、聚硅硫酸铁和两者与天然粘土的复配为混凝剂,观察净化处理后的藻类污水颜色的变化以及对溶液浊度、耗氧量(COD)的测定,考察4种混凝剂对藻类污水絮凝效果的优异。结果表明:复配后的混凝剂对藻类污水的絮凝效果明显要好于单组分的混凝剂,其中以聚硅硫酸铝与粘土复配所产生的絮凝效果最佳。

聚硅硫酸盐的制备及其性能研究

无机高分子絮凝剂是城市用水和工业废水处理的有效药剂。本文在研究聚合硫酸铁(PFS)合成工艺的基础上,设计出一套合成无机高分子混凝剂聚硅硫酸铁(PSPFS)和聚硅硫酸铝铁(PSAFS)的方法。本文采用正交试验法,通过模拟浊水的混凝试验,确定Fe/Si摩尔比、Na2SiO3.9H2O溶液聚合时间、反应时间、反应温度和Al/Si摩尔比等最佳参数;通过PSPFS、PSAFS和商品PAC的对比试验,得出PSPFS、PSAFS在处理炼油废水时,要好于商品PAC。

聚硅硫酸铝混凝性能的研究

以硫酸铝、硅酸钠为原料合成了具有不同Al3+/SiO2摩尔比的聚硅硫酸铝(PASS)混凝剂。通过对造纸废水的混凝实验,确定了PASS的Al3+/SiO2最佳配比为1/1和适用pH值范围为5～11,与硫酸铝的混凝对比实验表明PASS具有更好的处理效果。同时,对PASS的混凝机理进行了分析、探讨。

纳米聚硅材料在低渗透油田中的应用

在低渗透油田注水开发过程中,普遍存在注水井注入压力长期居高不下、注入量低、单井注入压力差异大等问题,采用纳米聚硅材料可以缓解这一问题。岩心驱替实验、微观驱油实验表明,纳米聚硅材料改善注水效果的机理是能够改变岩石润湿性、提高水相相对渗透率,其强憎水特性能够驱替吸附在孔隙内表面的水膜、扩大孔径等。现场应用表明:纳米聚硅材料能降低注水压力,提高注水量,具有较好的经济效益。

聚硅氯化铝混凝剂的形态及带电特性研究

以ＡｌＣｌ３·６Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ、盐酸和水玻璃为原料制备了不同碱化度（Ｂ）及不同Ｓｉ／Ａｌ摩尔比的系列聚硅氯化铝混凝剂（ＰＡＳＣ），采用Ａｌ－Ｆｅｒｒｏｎ逐时络合比色法和微电泳技术研究了ＰＡＳＣ中铝的水解产物形态分布及铝的水解沉淀物的带电特性，考察了Ｂ及Ｓｉ／Ａｌ摩尔比对ＰＡＳＣ中铝水解产物形态分布及带电特性的影响情况，并与聚合氯化铝（ＰＡＣ）进行了比较．实验结果表明，Ｂ对ＰＡＳＣ的形态分布有较大影响．Ｓｉ／Ａｌ摩尔比对ＰＡＳＣ的形态分布有一定的影响；Ｂ和Ｓｉ／Ａｌ摩尔比影响ＰＡＳＣ水解沉淀物的带电特性，随Ｂ升高及Ｓｉ／Ａｌ摩尔比增大，ＰＡＳＣ的零电位向低ｐＨ方向移动．