聚碳硅烷纤维在含氧气氛下电子束辐射交联和热氧化交联的研究

《聚碳硅烷纤维在含氧气氛下电子束辐射交联和热氧化交联的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要摘要碳化硅(SiC)纤维具有优异的力学性能和耐高温性能，是理想的陶瓷基复合材料增韧补强材料。先驱体转化法是制备连续SiC纤维的重要方法，该方法主要包括先驱体聚碳硅烷(PCS)的合成、熔融纺丝、不熔化处理及高温烧成四个步骤。其中，不熔化处理是整个工艺中一个必不可少的关键步骤。PCS的纺丝性能极差，实验表明掺杂少量聚丙烯(PP)对PCS进行改性可明显改善其纺丝性能，所以本文对PCS和共混5％PP的PCS(PCS．5P)进行了同步研究。本论文主要应用了两种交联工艺(低氧气氛下(1％)电子束辐射交联、空气中热

2、氧化交联)对两种PCS纤维(PCS、PCS．5P)进行处理，然后将交联后的纤维在不同温度下进行退火以及在高温下烧成制备SiC纤维。两种工艺都以氧元素的变化规律和作用机制为主轴，通过失重分析、凝胶含量测试、元素分析、红外(IR)、核磁共振(NMR)、热分析(TG．DTA)等手段探讨了纤维交联前后、退火前后的物理化学性能变化和结构变化，并对可能的反应进行了预测；通过拉伸测试、扫描电镜(SEM)、X一射线粉末衍射(X】[m)、电子探针(EPMA)对热解得到的SiC纤维进行了表征。主要结论如下：在低氧气氛(1％)

3、下电子束辐射交联可以实现PCS纤维不熔化处理，不过剂量应不低于2GMy。交联丝在惰性气氛下退火(200--一500。C)，可以进一步发生交联。控制辐照剂量，氧分压，退火温度等工艺条件可以控制纤维的不熔化程度和氧含量。PCS和PCS一5P热解后得到的SiC纤维拉伸强度分别为2．40GPa，1．81GPa；弹性模量分别为170．1GPa和168．7GPa。电镜和电子探针结果显示，在含氧气氛中辐照交联制得的SiC纤维呈芯．壳结构：表面的壳富氧，芯部氧含量较低，氧含量呈梯度分布。PCS纤维也可以在空气中通过热氧化

4、交联实现不熔化处理，不过热氧化交联温度应不低于170℃，退火处理也可以进一步发生交联。PCS．5P则不能在空气中进行热氧化交联，其在这一过程中会并丝。与电子束辐照氧化交联不同，热氧化交联制得的SiC纤维表面也是富氧，但并没有出现明显的分层；得到的SiC纤维平均拉伸强度和模量分别为2．27GPa和145．15GPa，比辐照氧化交联略低，但纤维的耐高温性能更好。摘鹱交联过程中，两种工艺都是通过Si．H、Si．CH3与02发生自凼基反应生成Si．OH和带C--O结构的化合物。惰性气氛下退火可以分成两个阶段，温度

5、低于400。C，主要是Si．OH发生脱水缩合，形成Si．O．Si的交联结构，同时含C--O结构的化合物也会分解，生成含碳小分子和其它交联结构；温度高于400。C，则主要是Si．H与Si．CH3发生自由基聚合，形成Si．CH2．Si等交联结构。关键词；聚碳硅烷；电子束辐射交联；热氧化交联；SiC纤维AbstractSiliconcarbide(SIC)fiberswhichhavehi曲tensilestrength,highelasticmodulus，andgoodthermalstabilityare

6、oneofthecandidatematerialsforthereinforcementfibersofceramicmatrixcomposites．Inrecentyears，preparationofceramicfibersbythepyrolysisofallorganicpolymerhasattractedconsiderableattentionandhasbecomeasteadilygrowingfield．Themethodincludesthesynthesisofpolycar

7、bosilane(PCS)precursor,meltspinning，curingandpyrolysisa圭hi曲temperature．PurePCSisdifficulttospin，butitCanbeobviouslyimprovedbyblendingwi攮littlepolypropylene．ThisdissertationsynchronouslystudiedthecrosslinkingofPCSandPCS一51,ablendthatcontains5wt％polypropyle

8、ne(PP)．Thepaperusedtwodifferentcuringprocesses，oneiselectronbeamirradiationcuringunderlowoxygenpartialpressure，theotheristhermaloxidationcuringinair．Then，curedPCSfiberswereannealedatdifferenttemperatureunderinertatm