纳米Fe_2O_3改性聚甲基硅树脂的制备及其复合材料性能研究

【摘要】： 硅树脂及其复合材料具有良好的高温稳定性和介电性能,且重量轻、热膨胀系数小,是航天飞机、洲际导弹雷达天线罩的首选材料。本文制备了含有纳米Fe_2O_3的改性甲基硅树脂及其复合材料,进而对硅树脂基透波材料的耐热性能,力学性能和高温电性能进行了深入的研究。 采用甲基三乙氧基硅烷合成出含碳低的甲基硅树脂。采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和固体硅核磁(~(29)Si-NMR)等手段对甲基硅树脂的结构进行了表征,确定合成产物为含有端羟基的甲基硅树脂。采用热失重(TG)和差式扫描量热法(DSC)研究了高温下甲基硅树脂的热稳定性和热降解机理,结果表明甲基硅树脂在空气气氛下具有较好的耐热性能和耐氧化稳定性。 采用硅烷偶联剂在纳米Fe_2O_3粒子表面接枝聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)的方法,解决了纳米Fe_2O_3粒子易团聚的缺点。采用IR、光电子能谱(XPS)和TG等手段对纳米Fe_2O_3粒子的表面接枝进行表征;通过浸润性、TEM及TG的测试研究了接枝改性纳米Fe_2O_3粒子与硅树脂基体的相容性和分散性。结果表明纳米Fe_2O_3粒子成功的接枝上了PBMA,并且其在甲基硅树脂基体中分散性较好。通过TG、TG-IR联用、~(29)Si-NMR和XPS等手段研究了纳米Fe_2O_3对甲基硅树脂耐热性能的影响。结果表明纳米Fe_2O_3通过抑制甲基硅树脂的热氧化和热降解,提高了硅树脂的热分解温度,减少了高温下树脂基体的残碳量。 采用Flynn-Wall-Ozawa(DSC)和Friedman法计算甲基硅树脂和纳米Fe_2O_3改性甲基硅的热分解反应动力学参数,根据求出的热分解活化能,采用Coats-Redfern和Master方法研究了甲基硅树脂的热分解固相反应机理。结果发现,纳米Fe_2O_3改性甲基硅树脂的“解扣”式降解和“重排”式降解两个热降解阶段的热分解活化能都明显高于甲基硅树脂的热分解活化能。根据求出的甲基硅树脂的热降解反应动力学参数,建立了硅树脂二步热降解反应动力学模型,结果发现由该模型模拟的硅树脂热降解行为与试验测得的硅树脂的热降解有比较好的相似性。 研究了甲基硅树脂含量、孔隙、杂质、温度、界面及吸潮对甲基硅树脂基复合材料介电常数和损耗角正切值大小的影响,结果发现一定量的纳米Fe_2O_3的加入提高了高温下对甲基硅树脂基复合材料的介电性能。研究不同温度下纳米Fe_2O_3对甲基硅树脂基复合材料的层间剪切强度、拉伸强度及弯曲强度大小的影响,结果发现纳米Fe_2O_3的加入提高了高温下甲基甲基硅树脂基复合材料的力学性能。