PCS-PAN體系在高溫處理過程中的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律.pdf

1、隨著有氧高溫領(lǐng)域應用需求的不斷拓展，碳纖維陶瓷基復合材料以其優(yōu)異的適應性和不可替代性正在越來越受到重視，碳纖維/碳化硅(Cf/SiC)復合材料是該類復合材料中典型的代表。
　　Cf/SiC復合材料的制備一般采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法，通過碳纖維浸漬先驅(qū)體聚碳硅烷(PCS)后經(jīng)交聯(lián)固化和陶瓷化過程而制得。在Cf/SiC復合材料的制備與使用過程中，由于碳纖維與陶瓷的熱物理性能不同以及界面處發(fā)生的化學反應，導致復合材料界面結(jié)構(gòu)的破壞，性能受損。為

2、減緩這種作用，Cf/SiC制備時常采用碳纖維表面涂覆游離碳的方法，但由此卻帶來復合材料性能的下降。因此設(shè)計一種合理的界面結(jié)構(gòu)，成為該領(lǐng)域目前關(guān)注的熱點。
　　本論文設(shè)計采用同步預氧化-交聯(lián)固化法，在PAN原絲階段浸漬PCS，使其部分滲入PAN纖維表層，形成一定梯度結(jié)構(gòu)，在PAN纖維預氧化碳化的同時，實現(xiàn)PCS的交聯(lián)固化和陶瓷化。并對同步反應過程中PCS/PAN體系在高溫處理下的結(jié)構(gòu)演變進行了探究。通過傅里葉紅外光譜(FT-IR)、

3、差示掃描量熱儀(DSC)、固體核磁碳譜(13C-NMR)、激光拉曼光譜(Raman)等表征手段測試了不同反應階段的纖維樣品，研究PAN纖維的預氧化及PCS的交聯(lián)固化過程之間的相互影響，以及其對最終纖維性能的影響。取得的主要成果如下:
　　1.提出了在碳纖維表層設(shè)計制備包括碳纖維與碳化硅成分結(jié)構(gòu)、具有梯度特征的研究設(shè)想，通過聚丙烯腈（PAN）原絲浸漬聚硅碳烷(PCS)的方法，實現(xiàn)梯度結(jié)構(gòu)的形成。
　　2.PCS在不同氣氛下交聯(lián)

4、固化的反應行為有所不同。在氮氣氣氛下，主要發(fā)生Si-H鍵加成和乙烯基自聚的反應;而在空氣氣氛下，還會發(fā)生Si-H鍵的氧化反應。引入相對交聯(lián)度的概念來表征交聯(lián)固化過程中Si-H鍵的反應程度。
　　3.在含PCS的PAN纖維熱穩(wěn)定化（預氧化）過程中，PAN分子的極性基團會促進PCS的交聯(lián)固化反應，使得PCS/PAN體系中PCS的相對交聯(lián)度均大于純PCS。在預氧化的前中期，對PCS相對交聯(lián)度的促進程度逐漸增加，在第五溫區(qū)相對交聯(lián)度差值最

5、大，達到10.60％;在預氧化后期，PCS的交聯(lián)固化程度增加幅度減緩。
　　4.PCS對體系中PAN大分子環(huán)化反應會起到促進作用，預氧化各階段的相對環(huán)化率較之未浸漬的PAN纖維均有所增加;也存在促進作用在前中期逐漸增強、后期減緩的特征。隨著PCS浸漬濃度的增加，體系中PAN纖維的預氧化程度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在1％濃度浸漬時相對環(huán)化率和環(huán)化度均達到最大，分別為63.60％和38.45％，PCS對PAN預氧化的促進效果最明顯。<