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共水解制备聚倍半硅氧烷树脂及其复合材料性能研究

张晓洁  
【摘要】:聚倍半硅氧烷是结构和性能优异的新型的硅树脂,其优异的热氧化稳定性及优异的电性能使它在国民经济及国防航天等方面获得了广泛的应用。然而现有聚倍半硅氧烷树脂的制备和成型工艺复杂,不能很好地应用于复合材料和原位粘接领域。本文以三烷氧基硅烷为原料,采用共水解的方法制备出了含不同官能团的低聚型倍半硅氧烷树脂,并进行了结构表征和初步应用研究。主要研究内容和结果如下: 通过苯基、乙烯基、甲基三烷氧基在酸性条件下共水解,得到了含有两种不同官能团的聚硅氧烷。通过调节原料的配比可以控制产物中有机取代基的对比,同时通过IR, GPC等对合成的树脂进行了初步表征。 实验中发现在几种聚乙烯基苯基倍半硅氧烷中,乙烯基含量大的粘度较低,聚乙烯基倍半硅氧烷在常温下可流动,随着苯基含量的增加,粘度也逐渐增大,聚苯基倍半硅氧烷在常温下为透明固体,因此可通过调节乙烯基与其他有机基的比例可以调节聚乙烯基苯基倍半硅氧烷树脂的粘度。 通过凝胶时间与凝胶含量的测定研究了聚乙烯基倍半硅氧烷的热固化行为,讨论了固化剂及固化条件对固化反应的影响,认为固化剂的结构对固化反应表观活化能影响较为显著,固化剂分子上连接的有机基空间位阻越大,固化反应越难进行。固化反应的程度受温度的影响最大,浓度和时间对固化反应程度的影响最弱。 同时将所制得的树脂用作耐高温复合材料的研究,复合材料增强体选用高纯石英纤维和高纯石英布。将固化后的复合材料分别再不同的高温下处理400s,测试其处理前后力学性能和介电性能数据,试验发现,聚倍半硅氧烷树脂具有很好的耐高温性能,经550℃处理后仍具有优良的力学性能,其拉伸强度达到了360MPa以上,强度保持率大于80%,弯曲强度也高于342MPa,弯曲强度保持率在82%以上。高温处理后复合材料的介电性能也能很好的保持,其介电常数随温度上升虽有所升高,但550℃处理后,介电常数仍在3.30以下。 实验中还发现,纤维表面黏附的浸润剂对复合材料在高温下的强度造成影响,由于浸润剂在高温下会发生热氧化或降解,从而造成纤维脱粘,降低复合材料的力学强度,同时浸润剂炭化产生的游离碳也会大大影响复合材料的介电性能。因此,石英纤维(布)使用前应进行预处理,以去除其表面的浸润剂。本文研究了不同的纤维预处理方式对纤维和复合材料力学性能的影响。发现,采用甲苯浸泡,继而350℃高温加热400s的处理方法时,可在获得较好纤维强度的前提下除去浸润剂。此时浸润剂的去除率可达到82—93%,同时石英纤维的拉伸性能仍保持在2.0GPa以上。


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