收藏本站
《合肥工业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚合物/无机物/生物质杂化复合材料及其陶瓷材料的研究

李忠  
【摘要】:本文开展了基于聚合物/无机物/生物质杂化复合材料及其陶瓷材料的探索研究,即利用天然木材独特的构造,制备了聚合物/SiO_2/木粉杂化复合材料及其陶瓷材料,并对这些材料的微观结构及性能进行了研究。 1、通过系统的研究NaOH溶液浓度对杉木粉组成、结构和热性能的影响,结果发现,NaOH溶液使部分氢键被破坏,破坏了纤维素结晶结构,使更多的羟基能够参与反应,提高了木粉的可反应性。碱处理改善了杉木粉的微孔结构,使管胞与纹孔的多层次、规整有序的孔隙结构更清晰,有利于反应试剂在其中的渗透、扩散。 2、采用溶胶凝胶-水热耦合的新方法,成功制备了具有互穿网络结构的无机/木粉杂化材料。在水热条件所提供的特殊物理化学环境中,前驱体ZrOCl2溶液进入到木粉的微孔结构中,水解产物的羟基与木粉的羟基发生缩合反应,形成了较强的Zr-O-C键,水解产物的自身的缩合反应生成了ZrO_2,填充在木粉的孔隙中,最终制得了具有无机氧化物凝胶纤维与木粉纤维质网络互穿结构的杂化材料。这种网络结构提高了杂化材料的耐热性能。在空气中800℃处理ZrO_2/木粉杂化材料制得了具有独特的、孔形规则的管状“网笼”结构的ZrO_2多孔陶瓷材料。以正硅酸乙酯(TEOS)为无机物前驱体,分别采用酸催化、非催化的溶胶凝胶-水热耦合法制备了具有无机物与木粉骨架互穿网络结构SiO_2/木粉杂化材料。傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)和热重(TG)分析结果表明,酸催化过程能形成更多的Si-O-C化学键结合,提高杂化材料的增重率和热性能。酸催化和非催化过程制得的SiO_2/木粉杂化材料的热分解起始温度分别为325℃和314℃,比木粉分别提高了50℃和39℃。在空气中1000℃热处理酸催化法制得的SiO_2/木粉杂化材料可制备具有木粉有序孔结构的SiO_2陶瓷材料,孔径主要分布在2~40nm之间。 3、在苯酚:萘酚:甲醛的摩尔比为0.9:0.1:1.35,氨水作催化剂(pH=8~9),反应温度为90℃,反应时间为2.0h的最佳反应条件下,制备了以萘酚部分替代苯酚的高残碳热固性酚醛树脂。FTIR和TG分析结果表明,萘酚醛树脂具有较好的耐热性能,800℃时的残碳率为61.3%,是良好的碳/碳复合陶瓷材料树脂基体和粘合剂。 以易于成型的SiO_2/木粉/萘酚醛树脂复合材料为陶瓷前驱体,在1550℃、氮气保护下发生碳热还原反应,得到了具有分级、有序孔结构的SiC陶瓷。FTIR、XRD的研究结果表明SiC多孔陶瓷的主要组成是β-SiC,场发射扫描电镜(FESEM)形态学研究表明陶瓷保留了木材组织分级、有序多孔结构。 以SiO_2/木粉/萘酚醛树脂复合材料的高温裂解产物作为硅源和碳源,成功制备了具有独特的链珠状β-SiC长纤维。形态学研究结果表明,纤维的直径1~2μm,长度可达几百微米,在长链上均匀的分布着直径为3~5μm的微珠。实验的分析、检测结果表明,链珠状SiC纤维的生长过程为:碳热还原反应过程中,先按[111]方向外延性生长成直线型SiC晶须,而在(111)晶面内存在结构缺陷(堆垛层错),再围绕SiC长链晶须表面的缺陷处生成新的SiC晶核,由此外延性生长形成包裹在长链上的SiC微珠,最后形成链珠状SiC纤维。 4、以具有“韧”“硬”特性的SiO_2/木粉杂化材料作为填料、尼龙6(PA6)为高分子基体,采用双螺杆熔融挤出,成功制备了PA6/SiO_2/木粉杂化复合材料。XRD的研究结果表明,SiO_2/木粉杂化材料起着晶型转变剂的作用,促进了PA6的α晶型向γ晶型转变。DSC的研究结果表明,SiO_2/木粉杂化材料显著的提高了PA6的结晶温度和结晶速率。PA6/SiO_2/木粉杂化复合材料具有优良的力学性能。随着SiO_2/木粉杂化材料含量的增加,复合材料的拉伸、弯曲强度增大。与PA6相比,SiO_2/木粉杂化材料的含量为25 wt.%时,复合材料的拉伸强度由48.6MPa增加到59.7MPa,提高了23.3%;弯曲强度由55.0 MPa增大到87.9 MPa,提高了59.8%。KH550偶联剂、E-44环氧树脂的表面处理提高了SiO_2/木粉杂化材料与PA6基体的相容性,提高了复合材料的力学性能。 5、采用混炼法分别制备了甲基乙烯基硅橡胶与木粉、SiO_2/木粉杂化材料的杂化复合材料,探讨了填料用量对复合材料力学性能的影响。实验结果表明,随着木粉、SiO_2/木粉杂化材料加入量的增大,复合材料的拉伸强度和拉断伸长率降低。撕裂强度先提高后降低,当木粉加入量为20phr时,达到最大值kN/M15.9和13.1kN/M最大值。木粉、SiO_2/木粉杂化材料的加入提高了硅橡胶的硬度。对木粉、SiO_2/木粉杂化材料表面改性的硅烷偶联剂KH570的用量分别为2和1 wt.%时,可以改善填料与硅橡胶的界面相容性,提高硅橡胶复合材料的综合力学性能。 以可成型的甲基乙烯基硅橡胶/SiO_2/木粉杂化复合材料在氮气氛中、高温裂解原位生成SiO_2/SiC陶瓷。硅橡胶先裂解形成无定形的SiC_xO_y陶瓷,再发生结构重排生成SiO_2/SiC,而SiO_2/木粉杂化材料裂解生成C和SiO_2。1500℃高温下,复合材料的裂解产物发生碳热还原反应,生成了具有木材有序孔结构的SiC陶瓷,孔径为5~20μm。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB332

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙倩;;亚洲将成为未来复合材料发展重心[J];新材料产业;2011年07期
2 杨莹;;中国复合材料产品市场将持续增长[J];玻璃钢;2011年02期
3 ;日本国复合材料企业代表到协会拜访任振铎会长[J];全面腐蚀控制;2011年07期
4 ;《复合材料学报》征稿简则[J];复合材料学报;2011年04期
5 ;欢迎订阅《复合材料学报》[J];复合材料学报;2011年04期
6 ;沙伯基础创新塑料推出新型防静电复合材料[J];塑料制造;2010年03期
7 杨莹;;提高复合材料的表面光滑度[J];玻璃钢;2011年02期
8 ;高镁铝合金-膨胀矿石复合材料的制备方法[J];铝加工;2011年04期
9 ;复合材料孔加工方面的新进展[J];世界制造技术与装备市场;2011年04期
10 倪东惠;谭文昌;郑军君;罗汇果;李元元;;Si含量对放电等离子烧结制备(1-x)Ti_3SiC_2+xSiC复合材料的影响[J];中国有色金属学报;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 江霞蓉;邵正中;;再生丝蛋白/羟基磷灰石复合材料的制备[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
2 徐守斌;江龙;杨海刚;宋远卿;淡宜;;聚3-己基噻吩氧化程度对聚3-己基噻吩/TiO_2杂化材料光催化活性的影响[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 姚宏斌;王笑寒;俞书宏;;从硒化镉-丙胺杂化材料到多种多样的硒化镉纳米结构:结构演变和光学性质的研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 米裕莲;高子伟;;一种新颖有机-无机杂化材料的制备与表征[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
5 张丹丹;牛茂善;杜文杰;吴一弦;徐日炜;余鼎声;;聚丁二酸丁二醇酯/八苯基硅倍半氧烷复合材料的结构与性能研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
6 严永新;吴国志;刘天宝;汪新;;以Heck反应合成POSS基有机/无机杂化材料[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
7 何九领;鲁金华;;复合材料失效分析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
8 刘时风;王勇;陶雪荣;陈显锋;;AU2000声-超声复合材料检测系统研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
9 佟景伟;沈珉;王世斌;李鸿琦;穆祥新;;复合材料变形与损伤的光力学细观实验系统[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
10 刘金亮;闫冰;;含镧系金属离子(Eu~(3+),Tb~(3+))中心的改性功能分子桥连硅基杂化材料的分子设计与光致发光[A];中国化学会第26届学术年会超分子组装与软物质材料分会场论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 子日;复合材料推广的突破口[N];中国化工报;2008年
2 张林文;复合材料的回收和再利用[N];中国建材报;2008年
3 本报记者 杨维骅 通讯员 向娟;杂化材料“武装”功能纤维[N];中国纺织报;2009年
4 本报驻美国记者 毛黎;复合材料走向纳米化[N];科技日报;2009年
5 ;复合材料包装复合罐[N];中国包装报;2003年
6 ;复合材料包装复合罐[N];中国包装报;2004年
7 王讯;我国最大“以铝节铜”复合材料基地开工[N];中国有色金属报;2010年
8 梁亚宏;美国用复合材料制成机器人“电子皮肤”[N];中国建材报;2010年
9 李宏文;红阳厂 复合材料产品停控措施效果好[N];中国航天报;2010年
10 黄浩宇;复合材料在医疗及娱乐领域的应用[N];中国建材报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 袁辉;碳/碳复合材料刚度与强度预测模型研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 聂军武;CoFe_2O_4-BaTiO_3磁电复合材料的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 袁磊;利用反应烧结法制备Si_3N_4复合材料及其多孔材料的研究[D];东北大学;2008年
4 许文娇;废弃环氧树脂再生技术及应用研究[D];东华大学;2011年
5 尹昌平;共注射RTM制备承载/隔热/防热一体化复合材料[D];国防科学技术大学;2009年
6 康建立;铜基体上原位合成碳纳米管(纤维)及其复合材料的性能[D];天津大学;2009年
7 庄健;Cu/TiC复合材料的制备,组织结构及摩擦磨损行为[D];吉林大学;2011年
8 韩相华;铁基微粉/粘合剂复合材料的微波吸收性能研究[D];兰州大学;2010年
9 王宝来;三维编织复合材料的力学性能和尺寸效应研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 孟黎清;飞机蜂窝结构动态冲击下的破坏机理及吸收能量分配机制[D];太原理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卜军;含端乙焕基硅/氮树脂及其复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
2 石品品;碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备和性能研究[D];华东理工大学;2012年
3 沈艳萍;高介电常数氰酸酯基复合材料的研究[D];苏州大学;2011年
4 蔡国锋;竹粉/聚丙烯复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
5 梁少旭;含孔隙复合材料的强度分析研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 李国琴;泡沫来层复合材料的制备及其力学和阻燃性能的研究[D];东华大学;2011年
7 金莹莹;周期微六面体点阵复合材料带隙阻尼特性研究[D];大连理工大学;2012年
8 蒋园园;光纤光栅传感器应用于复合材料损伤监测的研究[D];武汉理工大学;2012年
9 滕祥萌;复合材料闭合薄壁梁的模态阻尼预测[D];山东科技大学;2011年
10 姜舜;复合材料的多平面加强柱壳结构研究[D];华中科技大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026