碳化硅聚酰亞胺復(fù)合材料制備及性能研究

題目：碳化硅聚酰亞胺復(fù)合材料制備及性能研究目錄TOC\o"1-3"\h\u18696摘要 第一章文獻(xiàn)綜述1.1概述聚酰亞胺通常是稱結(jié)構(gòu)上主要以酞亞酰胺結(jié)構(gòu)為主的高聚物[1]。聚酰亞胺大體分為兩類，一類為脂肪族聚酰亞胺，一類為芳香族聚酰亞胺，日常中被大量應(yīng)用的是芳香族聚酰亞胺，因?yàn)樗男阅茌^好。

聚酰亞胺與大部分聚合物材料相比較由于其很好的抗腐蝕性能以及耐高溫的環(huán)境下具有優(yōu)良的機(jī)械性能所以被當(dāng)做是主要超級(jí)工程材料的佼佼者，聚酰亞胺大量應(yīng)用于微電子絕緣材料和電子電氣這些技術(shù)領(lǐng)域[2]。但是傳統(tǒng)純聚酰亞胺薄膜材料由于其本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因造成的難溶性以及加工性能較差，而且傳統(tǒng)聚酰亞胺薄膜的耐熱性和機(jī)械性滿足不了航空航天和在特殊環(huán)境下的性能需求，所以近些年來(lái)關(guān)于聚酰亞胺的研究工作更多的在提高聚酰亞胺在各方面領(lǐng)域中特定的性能方面進(jìn)展。對(duì)于聚酰亞胺的高溫(500C以上)穩(wěn)定性能和其碳化材料的研究非常少，特別是在碳化機(jī)理和減低碳化溫度等方面研究的少之又少。

碳材料是指采用石墨、無(wú)定形碳、以及含碳的化合物作為原材料，通過(guò)特定的生產(chǎn)工藝而制得的一種無(wú)機(jī)非金屬材料[3]。碳材料它在某種意義上來(lái)說(shuō)是一種耐火材料，在3000C以上不會(huì)被熔化，只有在3500%C以上才能升華。碳材料不僅具有金屬、陶瓷的性能，而且還有兩者不能共有性能，例如良好的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性以及潤(rùn)滑性等。

一般情況下，工業(yè)所用碳材料大部分都是由瀝青等材料經(jīng)過(guò)高溫?zé)o氧煅燒制備而成，但是所制備出來(lái)的碳材料含有很多雜質(zhì)成分，所以對(duì)其各方面性能有很大的影響。所以近些年來(lái)，人們更多的通過(guò)有機(jī)前驅(qū)體的高溫?zé)o氧熱解或者高分子聚合物的高溫碳化來(lái)的制備碳材料[4]，相比較工業(yè)碳材料的制備方法，聚合物材料高溫碳化不僅制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，而且由于聚合物材料本身制備原材料的可控性所造成的聚合物材料性能方面的可設(shè)計(jì)性，所以由其高溫碳化所得到的碳材料的各方面性能也容易得到控制和改善，更有利于提高碳材料的產(chǎn)率，力學(xué)性能等，來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的工業(yè)需求以及航天、核工業(yè)等領(lǐng)域的要求，而被認(rèn)為是很有前景的研究方向[5]。

但是由于聚合物材料本身的結(jié)構(gòu)和組分的多樣性也會(huì)使制備的碳材料存在一些不可避免的缺點(diǎn)，例如制備的碳材料具有難石墨化、脆性較大、碳化溫度較高等，造成了碳材料使用領(lǐng)域的局限性，因此對(duì)于提高碳材料的力學(xué)性能以及降低碳化溫度等領(lǐng)域的研究受到了越來(lái)越多的科研工作者的關(guān)注。聚酰亞胺材料由于其分子強(qiáng)烈的相互作用，導(dǎo)致其層間結(jié)構(gòu)與石墨具有相似性，所以認(rèn)為是易碳化和易石墨化的高分子材料。同時(shí)對(duì)其進(jìn)行合理的改性和增強(qiáng)催化作用，可以有效降低碳化和石墨化溫度，提高聚酰亞胺的碳化效率和制備的碳化材料的石墨化度,本文的研究主要集中于這方面的研究,對(duì)于聚酰亞胺性能及應(yīng)用價(jià)值的提升有重要意義，同時(shí)也對(duì)碳化機(jī)制進(jìn)行了深入的分析，對(duì)其碳化理論構(gòu)建也有重要的基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)。1.2聚酰亞胺及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展1.2.1有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料我們所研究的材料的分類有很多標(biāo)準(zhǔn)，較為常見的分類方法為按照初始階段材料設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類。但是為了檢驗(yàn)一種雜化材料的化學(xué)性能，我們通常采用能夠有利于識(shí)別材料的共同特征和相應(yīng)的行為和性質(zhì)的分類標(biāo)準(zhǔn)[6]。比較早的一種分類標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)不同材料間的界面性質(zhì)以及界面之間的作用類型進(jìn)行分類:第一類材料是由嵌入式組分所組成的，形成材料的有機(jī)、無(wú)機(jī)組分之間的界面作用力僅限制于弱鍵(例如離子鍵、氫鍵或者范德華作用力等);第二種所形成的雜化材料為體系中不同組分之間通過(guò)強(qiáng)烈的,化學(xué)鍵來(lái)發(fā)生鍵合(例如共價(jià)鍵、配位鍵等)。這被認(rèn)為是一個(gè)太為簡(jiǎn)單的分類方式。按照之前對(duì)于材料的分類，我們發(fā)現(xiàn)一些雜化材料并不滿足正常的分類標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于一些類型的雜化材料并不是這樣的。但是有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料作為這種材料，在復(fù)合材料中，無(wú)機(jī)的納米顆粒因?yàn)橐?guī)格與分子比較是較大的，不會(huì)填滿有機(jī)聚合物的夾層位置，而不能真正影響有機(jī)聚合物本身的分子結(jié)構(gòu)。因此這種材料被認(rèn)為是真正的復(fù)合材料，每種組分都保留著自己獨(dú)有的結(jié)構(gòu)但是由于較小的顆粒尺寸而會(huì)帶來(lái)界面作用力的增強(qiáng)[7]。

近些年來(lái)，隨著科研領(lǐng)域的發(fā)展，有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料稱作很有前景的材料。有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料能夠融合有機(jī)組分的優(yōu)越性(例如靈活性、易加工性等)和無(wú)機(jī)組分的特性(環(huán)境中的耐磨性、特殊溫度下穩(wěn)定性等)。通過(guò)與無(wú)機(jī)粒子的雜化作用能夠有效的提高了聚合物材料的熱穩(wěn)定性、物理以及機(jī)械等方面的性能。1.2.2聚酰亞胺基納米復(fù)合材料聚酰亞胺在生活中和工業(yè)生產(chǎn)中優(yōu)異的性能受到了廣大科研工作者的親睞[8]。圍繞聚酰亞胺為主題的研究也越來(lái)越多。到目前為止，聚酰亞胺的分類方法有很多種，可以根據(jù)反應(yīng)單體的種類進(jìn)行分類，也可以根據(jù)主鏈上化學(xué)結(jié)構(gòu)不同進(jìn)行分類等。根據(jù)到目前為止有關(guān)聚酰亞胺的研究現(xiàn)狀，聚酰亞胺樹脂的主要制備方法有：（1）兩步合成法第一步是將反應(yīng)所用單體分別加入反應(yīng)溶劑如DMAC等中在常溫或較低溫度下進(jìn)行縮聚反應(yīng)生成PAA溶液;第二步是將生成的PAA溶液經(jīng)過(guò)涂膜并在高溫條件下脫水變成PI。而第二步PaA的脫水環(huán)化過(guò)程也分為兩類:-.類為聚酰胺酸通過(guò)高溫脫水處理，另-.類為通過(guò)化學(xué)酰亞胺化法。兩步合成法是制備PI最常見也是合成工藝最成熟的方法。但是近些年來(lái)，一些科學(xué)工作者通過(guò)對(duì)經(jīng)過(guò)化學(xué)亞胺化法以及熱亞胺化法制得的聚酰亞胺薄膜進(jìn)行測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)兩種方法制得的薄膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)有所不同，采用前者方法制得PI薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀，而采用后者方法制得的薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于球狀211[9]。因此，也出現(xiàn)了將兩種方法混合制備薄膜的工藝。（2）一步合成法為將反應(yīng)所用單體直接在加入反應(yīng)溶劑中采用溶液聚合方法一次性生成PI。該方法要求條件溫和。但是一步合成法中最關(guān)鍵的步驟就是對(duì)高沸點(diǎn)溶劑的要求嚴(yán)格，為了制得相對(duì)分子質(zhì)量較高的產(chǎn)品，反應(yīng)溶劑應(yīng)該盡量脫水，通常所用的高沸點(diǎn)溶劑為酚類。但是到目前為止一步法的合成工藝不夠成熟完善。21世紀(jì)初期年重慶大學(xué)的的劉賢文、李曹等的研究人，采用BPDA和ODA作為化學(xué)反應(yīng)的單體，采用一步法成功制備了聚酰亞胺薄膜[10]。實(shí)驗(yàn)采用的高沸點(diǎn)溶劑為對(duì)氯苯酚，反應(yīng)在低溫下攪拌一小時(shí)，然后在高溫下反應(yīng)得到聚酰亞胺溶液。文中還指出，兩種單體之所以能夠經(jīng)過(guò)一步法反應(yīng)生成聚酰亞胺溶液，由于BPDA單體里面的兩個(gè)相鄰苯環(huán)之間單鍵構(gòu)成旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)二面角因此改善了單體的溶解效能。（3）三步法三步法與兩步法的差別為脫水過(guò)程中并不是直接由PAA轉(zhuǎn)變?yōu)镻I，而是將PAA先轉(zhuǎn)變成另一種聚合物然后再在催化劑的作用下脫水生成PAA，這種聚合物一般為聚異酰亞胺。而選用聚異酰亞胺作為中間反應(yīng)物的原因是，聚酰胺酸在酰亞胺化過(guò)程中由于熱處理過(guò)程中環(huán)化脫水容易放出氣體而產(chǎn)生氣孔，使最終產(chǎn)品性能降低，而聚異酰亞胺具有良好的溶解性和加工性并且Tg較低，所以在高溫條件下不會(huì)放出水分，并且加工性好，制備的產(chǎn)品性能較好。（4氣相沉積法將反應(yīng)所用單體在高溫條件下以氣體方式在反應(yīng)設(shè)備中直接反應(yīng)生成聚酰亞胺。以PMDA和ODA為反應(yīng)原料，采用真空鍍膜機(jī)，控制鍍膜機(jī)雙源的單體加入量、蒸發(fā)溫度以及沉積速率等，得到了表層分布均勻的聚酰胺酸鍍層產(chǎn)品，然后將該鍍層放于真空熱處理爐內(nèi)經(jīng)過(guò)熱處理脫水亞胺化為聚酰亞胺薄膜鍍層。從這幾年看，國(guó)外在聚酰亞胺及其相關(guān)領(lǐng)域方面的研究不斷推進(jìn)，科研成果以及相關(guān)的科研論文不斷增多[11]。以化學(xué)文摘為例，但是從九十年代開始關(guān)于聚酰亞胺等相關(guān)領(lǐng)域的研究也層出不窮。到目前為止產(chǎn)業(yè)化的聚酰亞胺的種類在隨著聚酰亞胺應(yīng)用的廣泛拓展在不斷擴(kuò)大，然而大多數(shù)聚酰亞胺材料由于難溶性以及難加工性而成為整個(gè)酰亞胺化過(guò)程中一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。為了能夠改善聚酰亞胺的工性以及擴(kuò)大它的應(yīng)用領(lǐng)域，越來(lái)越多的嘗試被用來(lái)改進(jìn)聚酰亞胺在有機(jī)溶劑中的溶解性問(wèn)題。而改善聚酰亞胺的加工性中較為普遍的方法是在聚酰亞胺的剛性結(jié)構(gòu)中引入較為靈活的橋鍵基團(tuán)以及體積較大的基團(tuán)，或側(cè)基。但是不幸的是這些基團(tuán)的引入造成聚酰亞胺結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致了聚酰亞胺結(jié)構(gòu)剛性的降低，最后將聚酰亞胺的環(huán)境耐熱效能減低。因此，近些年來(lái)關(guān)于聚酰亞胺的研究范圍更多的聚集在聚酰亞胺基復(fù)合材料等方面的研究。一般來(lái)說(shuō)，聚酰亞胺基復(fù)合材料所用的納米粒子為石墨烯、碳納米管、SiO2、SiC等具有高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)的特性。納米粒子與聚酰亞胺的復(fù)合，不僅增加了聚酰亞胺的耐熱效能，而且減小了膨脹系數(shù)，還能提高了材料的易加工性能也提高了材料的延展性。1.3聚酰亞胺碳化方面研究進(jìn)展碳材料的制備方法很多，通常是通過(guò)將有機(jī)前驅(qū)體在無(wú)氧條件下進(jìn)行熱解和化。一般認(rèn)為碳材料的制備原料有有機(jī)高聚物、天然高聚物、瀝青和煤等含碳較多的物質(zhì)等[11]。但由于天然高分子化合物來(lái)源不夠廣泛所以一般不用來(lái)制備碳材料。而相對(duì)于各種煤及衍生物如瀝青、焦油等芳香族碳?xì)浠衔飦?lái)說(shuō)，高分子基碳膜由于其來(lái)源豐富、結(jié)構(gòu)的可控性，并且制備的碳材料的雜質(zhì)含量少等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為更具有競(jìng)爭(zhēng)力。由于工業(yè)及航空航天對(duì)玻璃碳碳/碳復(fù)合材料等高性能的復(fù)合材料以及碳纖維的大量需求。使得大分子前驅(qū)體制備碳材料的方法得到學(xué)術(shù)研究者的重視[12]。隨著聚酰亞胺碳化研究受到越來(lái)越多的關(guān)注，該方面的研究成果也得到了極大的重視。國(guó)內(nèi)也掀起了研究聚酰亞胺碳化的高潮。中科院陜西煤炭化學(xué)研究所的趙根祥等人對(duì)于聚酰亞胺碳化過(guò)程中元素組成的變化規(guī)國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究也開展較早，并取得了一些列成果[13]。對(duì)不同環(huán)境溫度下的碳化膜進(jìn)行分析后，在溫度較低的情況下各元素的變化不太明顯，但是當(dāng)碳化溫度逐漸升高到800oC左右，C含量不斷增加，O、N濃度慢慢降低。對(duì)不同環(huán)境下的碳化進(jìn)行XRD分析得到，伴隨環(huán)境溫度的上升，聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)一點(diǎn)一點(diǎn)被打亂。溫度到700oC左右出現(xiàn)類似碳的（002）面的衍射峰，并且衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)[14]。并且對(duì)聚酰亞胺薄膜在不同碳化溫度下制備的碳化膜進(jìn)行了拉曼散射分析，從分析結(jié)果得出當(dāng)碳化溫度達(dá)到2100oC時(shí)，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，材料的類石墨結(jié)構(gòu)有序性增加而無(wú)序性則降低。當(dāng)石墨化溫度升高到2800oC時(shí)，樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本表現(xiàn)為層狀的石墨片層結(jié)構(gòu)并且還分析了多種高分子聚合物的熱穩(wěn)定性以及對(duì)動(dòng)力學(xué)方面的規(guī)律進(jìn)行了研究。天津大學(xué)的元英等研究者對(duì)與PI碳化過(guò)程的碳化技術(shù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳化速率較高時(shí)樣品質(zhì)量損失大，結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，缺陷較多，所以制備的碳化膜會(huì)出現(xiàn)明顯的開裂現(xiàn)象[15]。并且碳化速率降低時(shí)得到了比較滿意的碳化膜。對(duì)比一步法和兩步法得到的薄膜進(jìn)行碳化膜進(jìn)行分析，最后推測(cè)出兩步法得到的PI碳化膜的石墨化相對(duì)較高。進(jìn)行FTIR、XRD以及元素的組成變化和制得的碳化膜的斷口形貌分析研究后。并且研究對(duì)其他的性能也進(jìn)行了檢測(cè)分析如力學(xué)性能。1.4聚酰亞胺的應(yīng)用（1）聚酰亞胺薄膜大量的研究之后發(fā)現(xiàn)聚酰亞在一定條件下可以加工成膜狀的產(chǎn)品并且性能不發(fā)生變化，這也是聚酰亞胺最開被研究和應(yīng)用的緣故[16]。到70年代末期，出現(xiàn)了與Kapton薄膜相當(dāng)?shù)腢pilex新型的線性聚酸亞胺薄碳化膜，在電絕緣性上面優(yōu)于均苯型聚酰亞胺薄膜，更加適用于做電線包覆絕緣層，電絕緣界面材料及軟性印刷電路板等。（2）聚酰亞胺漆聚酰亞胺在固化前有一定的流動(dòng)性，可以制備出聚酰亞胺漆。優(yōu)越的電絕緣性、耐環(huán)境熱穩(wěn)定性使聚酰亞胺漆能符合較小的電機(jī)和設(shè)備中線漆、電機(jī)繞組浸饋漆使用要求。（3）聚酰亞胺膠粘劑由于聚酷亞胺與其它物質(zhì)相比有良好的耐熱性，尤其在非金屬的粘結(jié)方面有著不可替代的價(jià)值，在工業(yè)生產(chǎn)上有大量應(yīng)用[17]。特別是用聚酰亞胺粘結(jié)金剛石砂輪在在某些精加工行業(yè)有著無(wú)法替代的作用[18]。（4）高性能聚酰亞胺工程塑料PI有熱固性聚酰亞胺與熱塑性聚酰亞胺兩種。依據(jù)各種生產(chǎn)要求，這兩種聚酰亞胺都可以加工成工程塑料。加工方法也多種多樣，例如模壓成型，注塑成型等。 （5）聚酰亞胺復(fù)合材料聚酰亞胺復(fù)合材料是通過(guò)其他物質(zhì)增強(qiáng)聚酰亞胺的耐熱、耐磨損等性能，可用于航空、航天、火箭以及彈道導(dǎo)彈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件與發(fā)動(dòng)機(jī)耐磨耐熱的部件[19]。聚酰亞胺通過(guò)和某些材料復(fù)合，可在370℃的高溫下連續(xù)使用數(shù)十天，并且一定時(shí)間能抵御六、七百度的高溫[20]。沈陽(yáng)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第二章實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法第二章實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法2.1實(shí)驗(yàn)原理2.1.1聚酰亞胺的合成原理現(xiàn)今通常聚酰亞胺的合有兩種，即一步法和兩步法。顧名思義兩步法肯定是分兩個(gè)階段或步來(lái)得到聚酰亞胺。在第一階段先可以得到聚酰亞胺的單體之后加入反應(yīng)的溶劑中，通常反應(yīng)溫度是在室溫甚至需要低于室溫，這種環(huán)境溫度下通過(guò)縮合聚合反應(yīng)來(lái)得到比較良好的聚酰胺酸（PAA）。第二階段主要是將聚酰胺酸經(jīng)通過(guò)一定手段亞胺化脫水環(huán)化后得到了聚酰亞胺。此種手段經(jīng)常被使用所以工藝上顯得熟練了許多，產(chǎn)物性能更為未定，因此，本論文將采用該方法合成。（1）聚酰胺酸的合成本論文使用的單體是BDTA和ODA，使用的方法是二步法。其中，單體3,3,4,4四羧基二苯酮酐（BDTA）以及4,4-二甲基二苯醚（ODA）的結(jié)構(gòu)式如圖2.1。圖2.1BDTA與ODA的結(jié)構(gòu)圖反應(yīng)的方程式如圖2.2：圖2.2BTDA與ODA生成PAA（2）聚酰胺酸的亞胺化聚酰胺酸的亞胺化是聚酰胺酸轉(zhuǎn)化為聚酰亞胺的過(guò)程，可以靶聚酰胺酸的亞胺化反應(yīng)分開為兩種方式，而其兩種方式各有差異，第一種是熱亞胺化第二種則為化學(xué)亞胺法。第一種方法通過(guò)吧聚酰胺酸通過(guò)一定手段加熱，然后進(jìn)行脫水處理，最后得到了聚酰亞胺。第二種方法是把化學(xué)試劑通過(guò)一定的化學(xué)手段加入到聚酰胺酸溶液中，在化學(xué)試劑的作用下聚酰胺酸發(fā)生了脫水現(xiàn)象最后得到了聚酰亞胺。如果采用了第二種方法會(huì)使體系中引入新的分子，所以本次實(shí)驗(yàn)將使用熱亞胺法，進(jìn)行亞胺化反應(yīng)。本次試驗(yàn)采用熱亞胺化。反應(yīng)如2.3： 圖2.3 PAA的亞胺化反應(yīng)2.1.2碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的制備無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料在加工工過(guò)程中方法比較多，經(jīng)常使用溶膠-凝膠法、液相法、等方法，幾種方式相比較，該實(shí)驗(yàn)采用液相法合成碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料。將單體加入反應(yīng)容器內(nèi)，經(jīng)化學(xué)試劑的加入最后得到聚酰胺酸溶液，下一步接著將粉末狀的碳化硅按一定的比例慢慢加到聚酰胺酸的溶液中分散后控制好溫度進(jìn)行一定時(shí)間的加熱最終得到了碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料。2.1.3碳化硅的氨基硅烷化處理通過(guò)偶聯(lián)劑可以使碳化硅粉體進(jìn)行改性處理。偶聯(lián)劑作為一種具備兩種不同性質(zhì)\h官能團(tuán)的物質(zhì)，因?yàn)榫哂袃煞N官能團(tuán)所以具有兩種不同的化學(xué)性質(zhì)，兩種基團(tuán)既可以和無(wú)機(jī)物的基發(fā)生一定的聯(lián)系而且能和無(wú)機(jī)物的表面起到一定程度的化學(xué)反應(yīng)；第二種集團(tuán)與有機(jī)物的基在一定條件下可以進(jìn)行鍵合反應(yīng)或生成形成相互吸引的氫鍵。由于具有這種特殊的功能偶聯(lián)劑被研究人員喚做“分子橋”，在實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物之間的界面相容作用，在很大程度上使復(fù)合材料的物理性能和化學(xué)性能有了明顯的變化。偶聯(lián)劑因?yàn)榛瘜W(xué)結(jié)構(gòu)的不同被劃分為五個(gè)板塊：有機(jī)鉻絡(luò)化合物、硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸化合物類和其他類。本文的實(shí)驗(yàn)中由于考慮環(huán)境因素采用了硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑的通式為RSiX3，分子式中R代表巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氨基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團(tuán)，這些基團(tuán)在和不同的基體樹脂都會(huì)表現(xiàn)出來(lái)優(yōu)異結(jié)合能力，X代表能夠水解的烷氧基（如乙氧基、甲氧基等）。到目前為止，在研究硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理的方面有很多課題，現(xiàn)行的化學(xué)鍵鍵合機(jī)理理論是被普遍認(rèn)可的理論，其作用機(jī)理如下：第一步：偶聯(lián)劑發(fā)生水解反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下 第二步：XSi（OH）3之間的脫水反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下第三步：XSi（OH）3與基體形成氫鍵，作用機(jī)理如下第四步：與基體生成化學(xué)鍵，反應(yīng)如下2.1.4改性納米碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料制備改性納米碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺的復(fù)合材料與未改性的碳化硅/聚酰亞胺的制備方法想似，只不過(guò)是將碳化硅替換為經(jīng)過(guò)表面處理的碳化硅。因?yàn)樘蓟璧谋砻婧苋菀渍秤须s質(zhì)，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)將處理好的碳化硅密封，并且實(shí)驗(yàn)時(shí)要盡量選在空氣流通量小的地方。2.2實(shí)驗(yàn)步驟2.2.1聚酰亞胺的制備（1）聚酰胺酸的合成稱取ODA3.04g，量取500mlDMAC為有機(jī)溶劑，并將ODA溶解在DMAC之中，倒入并三口瓶中，用攪拌機(jī)攪拌，并在三口瓶中通入N2作為保護(hù)氣體，以摩爾比BTDA：ODA=1.02：1，稱取BDTA5.00g，并將BDTA分三次加入三口瓶中，每次加入前，要保證上一次加入的BDTA全部反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)的溫度保持在10-15℃。整個(gè)反應(yīng)在無(wú)水環(huán)境下進(jìn)行，機(jī)械攪拌5小時(shí)后，停止攪拌后，得到棕黃色的聚酰胺酸溶液。（2）聚酰胺酸的熱亞胺化反應(yīng)控制溫度平穩(wěn)上升來(lái)進(jìn)行熱亞胺化反應(yīng)，升溫結(jié)束后將玻璃板至于沸水之中，脫模，即可得到聚酰亞胺材料，梯度升溫溫度變化表如圖2.2.1，1-3h時(shí)，溫度為60℃去溶劑；4-5h溫度為100℃，進(jìn)一步脫去溶劑；6-7h時(shí)，初步進(jìn)行亞胺化反應(yīng)；8h之后，亞胺化完成階段。得到聚酰亞胺材料。圖2.2.1亞胺化升溫梯度曲線2.2.2碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的制備使用BDTA和ODA為基礎(chǔ)原料，二步法合成聚酰胺酸溶液，將進(jìn)過(guò)表面處理的碳化硅粉末進(jìn)行混和，流延到玻璃板上在恒溫下對(duì)混合溶液進(jìn)行加熱，脫模，得到碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料。具體的操作方法如圖2.2.2:圖2.2.2碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的制備流程2.2.3碳化硅的改性處理改性前對(duì)碳化硅粉末進(jìn)行表面處理。本次實(shí)驗(yàn)選用無(wú)水乙醇，偶聯(lián)劑在80℃的條件下進(jìn)行表面處理。具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：稱取所需的碳化硅納米粉末，放置于無(wú)水乙醇的三口燒瓶中，將燒瓶放置在恒溫水浴鍋內(nèi)，溫度保持在80℃，滴加少量3-氨丙基三甲氧硅烷到三口燒瓶中，并攪拌4小時(shí)。等待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)的溶液倒入試管中，離心分離，用無(wú)水的乙醇洗滌數(shù)次后，放入干燥箱進(jìn)行干燥，然后研磨成粉末備用。流程如圖2.2.3：圖2.2.3碳化硅的表面處理2.2.4改性納米碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備將經(jīng)過(guò)氨基硅烷化改性的碳化硅粉體與制備好的聚酰胺酸溶液混合，攪拌后,將所得混合溶液流延至涂膜上，并放置于干燥箱中，按照溫度梯度曲線升溫，經(jīng)過(guò)脫水亞胺化合成改性碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料。2.3表征手段2.3.1傅里葉紅外光譜分析（FTIR）采用傅里葉變換紅外光譜儀，對(duì)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)改性的碳化硅粉體和實(shí)驗(yàn)制備的復(fù)合材料進(jìn)行化學(xué)組分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，測(cè)試的光譜范圍為4000cm-1-400cm-1。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試產(chǎn)生的圖譜。2.3.2熱重分析（TG）在計(jì)算機(jī)程序的控制下，對(duì)材料進(jìn)行加熱，得到材料隨溫度變化的曲線，通過(guò)曲線來(lái)研究酰亞胺復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。2.3.3拉伸分析在實(shí)驗(yàn)中，使其受應(yīng)力，分析其彈性極限，彈性模量等，實(shí)驗(yàn)得到樣品尺寸，經(jīng)過(guò)公式，得到拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，并繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。拉伸強(qiáng)度計(jì)算公式：公式中σ--薄膜拉伸強(qiáng)度（MPa）F--薄膜極限載荷（N）b--薄膜材料厚度（mm）d--薄膜材料寬度（mm）斷裂伸長(zhǎng)率計(jì)算公式：公式中ε--薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率L--斷裂時(shí)標(biāo)線間距離Lo--薄膜的原始標(biāo)線距離彈性模量的公式：2.3.4掃描電子顯微鏡分析（SEM）將復(fù)合材料放在基片中間，進(jìn)行處理后放在掃描電鏡得到材料的顯微照片，分析材料的表面顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能分析后的薄膜斷口形貌。掃描電鏡為日本日立公司S4800型號(hào)。2.3.5透射電子顯微鏡分析（TEM）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將得到的薄膜材料通過(guò)環(huán)氧樹脂包裹起來(lái)放在切片機(jī)上進(jìn)行切片，然后放在銅網(wǎng)上，在透射電子顯微鏡下，觀察薄膜材料的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。以及碳化硅顆粒在基體聚酰亞胺中分散性。透射電鏡為美國(guó)FEIF30型號(hào)。沈陽(yáng)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料分析及性能研究第三章碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料分析及性能研究隨著科學(xué)技術(shù)的不斷精進(jìn)和日益發(fā)展的需求，越來(lái)越需要高模量、高強(qiáng)度和耐高溫的材料。碳化硅具有良好的耐高溫性質(zhì)、介電性質(zhì)、較高的熱傳導(dǎo)率而被廣泛的應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。因此，聚酰亞胺復(fù)合材料近年來(lái)收到了廣泛的關(guān)注。隨著研究的進(jìn)行，對(duì)聚酰亞胺及其復(fù)合材料的研究成果在不斷的增加。3.1碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析和形貌表征材料的性能分析中，力學(xué)拉伸使得復(fù)合材料出現(xiàn)斷口，本節(jié)將就力學(xué)拉伸測(cè)試中，復(fù)合材料的斷口進(jìn)行分析。此外，還有材料的傅里葉紅葉光譜分析和透射電子顯微鏡分析，以此，做進(jìn)一步的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與形貌分析。3.1.1碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料掃描電子顯微鏡的斷口分析當(dāng)負(fù)載超過(guò)材料的最大載荷時(shí)材料就會(huì)發(fā)生斷裂，本小節(jié)將對(duì)力學(xué)測(cè)試中的斷口面進(jìn)行掃描電子顯微分析，并通過(guò)對(duì)比掃描電子顯微鏡的電鏡照片進(jìn)而對(duì)材料的斷裂特性和破壞機(jī)理進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)得到形貌圖如下圖3.1.1：((a)(b)((c)(d)圖3.1.1不同碳化硅比例的碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合薄膜的斷口SEM圖(a)聚酰亞胺/碳化硅-0.5%；(b)聚酰亞胺/碳化硅-1%；(c)聚酰亞胺/碳化硅-2%；(d)聚酰亞胺/碳化硅-2.5%；從圖中可以發(fā)現(xiàn)碳化硅含量的增加使斷口發(fā)生了變化，材料的斷口表面越來(lái)越不平整，當(dāng)含量為2.5%時(shí)，斷口出現(xiàn)了明顯的塑形變形，并且當(dāng)碳化硅的含量越來(lái)越高時(shí)，聚酰亞胺復(fù)合材料的脆性明顯降低。當(dāng)含量達(dá)到2.5%時(shí)斷口出現(xiàn)的明顯斷裂特征也與之前拉伸測(cè)試對(duì)材料拉伸強(qiáng)度變化規(guī)律是一樣的。其中不同含量碳化硅復(fù)合材料的破壞機(jī)理示意如下圖圖為不同含量碳化硅復(fù)合材料的破壞機(jī)理依據(jù)示意圖，在復(fù)合材料中，由于納米碳化硅的存在而存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)受力的時(shí)候，裂紋會(huì)首先在碳化硅納米顆粒周圍發(fā)生，并向外擴(kuò)展。隨著碳化硅含量的增加，這些裂紋在向外擴(kuò)展的過(guò)程中，因?yàn)樘蓟韬康脑黾?，所克服阻礙而消耗的能量越多，宏觀的表現(xiàn)就是材料的力學(xué)性能越好。另一方面，隨著碳化硅的含量更多的時(shí)候，復(fù)合材料的力學(xué)性能反而下降。其主要的原因也是由于碳化硅的含量增加的時(shí)候由于碳化硅的表面能的存在，使得碳化硅易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)裂紋的時(shí)候，更容易發(fā)生應(yīng)力集中，降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能。3.1.2碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的傅里葉紅外分析對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行紅外光譜分析，得到紅外譜圖3.1.2如下：圖3.1.2碳化硅聚酰亞胺復(fù)合材料的紅外分析圖譜從圖中可以看出聚酰亞胺和不同碳化硅含量的聚酰亞胺復(fù)合材料中聚酰亞胺明顯的特征峰的明顯存在，并峰位和峰形基本一致。在3000cm-1左右出現(xiàn)的寬峰，應(yīng)是苯環(huán)上碳?xì)滏I的伸縮振動(dòng)峰，為薄膜在固化過(guò)程中殘存的溶劑雜質(zhì)。1780cm-1、1720cm-1處的峰為聚酰亞胺主鏈上的羰基伸縮振動(dòng)峰，720cm-1處的峰為主鏈上羰基的彎曲振動(dòng)峰。聚酰亞胺的特征峰都出現(xiàn)在譜圖中，而1658cm-1和1537cm-1為酰胺基的特征峰，在譜圖中并未出現(xiàn)，可以認(rèn)為二步法中，第二步的亞胺化過(guò)程完成得很徹底。在譜圖中，還在1090cm-1出現(xiàn)了Si-O鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰，而且吸收峰的強(qiáng)度，也隨著碳化硅含量的增加而加強(qiáng)，說(shuō)明納米碳化硅粒子與基體聚酰亞胺之間存在Si-O-C鍵合，也證明了碳化硅與聚酰亞胺之間存在鍵合交聯(lián)并鍵合的能力明顯增加。3.1.3碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的透射電子顯微鏡分析透射電子顯微鏡可以更清晰的看出材料內(nèi)部的納米碳化硅的分散情況，實(shí)驗(yàn)中使用透射電子顯微鏡，對(duì)材料的內(nèi)部進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到復(fù)合材料的內(nèi)部觀測(cè)照片，如圖3.1.3：((a)(b)((c)(d)圖3.1.3不同碳化硅比例的復(fù)合薄膜的TEM圖(a)聚酰亞胺/碳化硅-0.5%；(b)聚酰亞胺/碳化硅-2%；(c)聚酰亞胺/碳化硅-2.5%；(d)聚酰亞胺/碳化硅-3%；從透射電鏡可中看出,納米碳化硅顆粒尺寸較小，大約在50nm左右。當(dāng)碳化硅含量為0.5%時(shí),碳化硅分散比較均勻,并無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。當(dāng)納米碳化硅含量為2.5%時(shí),隨著納米碳化硅含量的增加,當(dāng)碳化硅含量增加到3%時(shí),可以明顯的發(fā)現(xiàn)碳化硅納米顆粒之間發(fā)生了團(tuán)聚現(xiàn)象,尺寸達(dá)到了數(shù)百納米。從碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合薄膜的掃描電鏡和透射電鏡的測(cè)試結(jié)果來(lái)看,納米碳化硅含量的增加,未經(jīng)處理的納米碳化硅顆粒有團(tuán)聚成較大顆粒的趨勢(shì)。這主要是由于納米碳化硅顆粒本身的尺寸較小,比表面積很大,表面能較高,所以復(fù)合體系很不穩(wěn)定,有團(tuán)聚成較大顆粒并且降低體系表面能的趨勢(shì)。3.2碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的性能分析通過(guò)采用原位聚合的方法可以得到優(yōu)良的產(chǎn)品對(duì)于分析研究有很大促進(jìn)作用，在實(shí)驗(yàn)室合成了碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，對(duì)所制備的材料進(jìn)行熱重分析，拉伸測(cè)試。并與純聚酰亞胺材料進(jìn)行性能比較。3.2.1碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料材料的熱重分析在氮?dú)鈿夥罩?，通過(guò)對(duì)純聚酰亞胺以及碳化硅含量分別為0%、0.5%、2.5%的碳化硅/聚酰亞胺材料的熱重分析，得到材料的熱失重曲線。測(cè)試結(jié)果如圖3.2.1：圖3.2.1不同含量的碳化硅聚酰亞胺復(fù)合材料的熱失重曲線圖為聚酰亞胺與不同碳化硅含量的復(fù)合材料，在氮?dú)鈿夥罩?，所測(cè)定得到的熱失重曲線。通過(guò)對(duì)純聚酰亞胺與不同碳化硅含量的復(fù)合材料薄膜的失重曲線走向。通過(guò)分析可以看出，與純的聚酰亞胺相比，隨著碳化硅的含量的增加，復(fù)合材料薄膜的熱分解溫度明顯提高，失重率也明顯的降低。3.2.2碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的力學(xué)性能研究聚酰亞胺是工程上非常重要的一種工程塑料，得到廣泛的應(yīng)用，尤其是使用其作為應(yīng)用部位的承受能力的工程材料，而聚酰亞胺之所以能夠成為的工程塑料的一種，就是因?yàn)槠鋬?yōu)秀的力學(xué)性能。在使用前，需要對(duì)材料進(jìn)行各種力學(xué)性能上的測(cè)試，因?yàn)椴牧系牧W(xué)性能參數(shù)，直接決定了材料的適用范圍和材料的使用部件。而在眾多的力學(xué)性能的測(cè)試中，力學(xué)拉伸性能測(cè)試是最普遍，最重要的一種。拉伸測(cè)試是借助電子拉伸機(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)所制備的材料進(jìn)行平行方向上拉伸，在力的作用下，緩慢拉伸，直到材料最終斷裂。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，記錄測(cè)試材料的載荷、式樣的標(biāo)間距伸長(zhǎng)以及試樣的橫截面積，來(lái)計(jì)算得到材料的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和彈性模量。因?yàn)槔煨阅軠y(cè)試，是對(duì)材料進(jìn)行破壞，并且拉伸卡具對(duì)薄膜的固定不強(qiáng)。因此，為在測(cè)試過(guò)程中要盡量消除外界因素或人為的因素的影響，并且在力學(xué)拉伸測(cè)試后，進(jìn)行掃描電子顯微鏡進(jìn)行斷口形貌分析。測(cè)試前，對(duì)剪切完成的材料兩端分別固定在夾片上，并固定于拉伸機(jī)上，進(jìn)行外力加載。在色是結(jié)束后，記錄材料的載荷、位移和應(yīng)力等數(shù)據(jù)。材料的各尺寸進(jìn)行測(cè)量。圖3.2.2是純聚酰亞胺與不同碳化硅含量的復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：圖4.6不同含量碳化硅的聚酰亞胺復(fù)合材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線根據(jù)圖中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線計(jì)算得到彈性模量。其不同的碳化硅含量的復(fù)合材料的彈性模量數(shù)值如下表表為不同的碳化硅含量的復(fù)合材料的彈性模量碳化硅含量（%）00.52.02.53.0彈性模量（GPa）2.422.433.003.173.00從圖表可以看出，隨著碳化硅/聚酰亞胺材料相對(duì)于純的聚下亞胺材料有了提高，碳化硅對(duì)聚酰亞胺材料有增強(qiáng)的作用。力學(xué)性能達(dá)到最大值。當(dāng)碳化硅的含量超過(guò)2.5%的時(shí)候，材料彈性模量又開始降低。此外，可以從材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中可以明顯的看出，當(dāng)碳化硅的含量為2.5%時(shí)，材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，力學(xué)性能最好。并出現(xiàn)了明顯的塑形屈服應(yīng)力，有明顯的包辛格效應(yīng)，有了明顯的韌性提高。隨著碳化硅含量的增加，未經(jīng)過(guò)表面處理的碳化硅的表面性質(zhì)不好，復(fù)合材料的聚酰亞胺基體中的碳化硅容易發(fā)生大尺寸團(tuán)聚，使得復(fù)合材料的內(nèi)部出現(xiàn)了缺陷增多，降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能。3.3改性碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的掃描電鏡分析觀測(cè)碳化硅粉體在聚酰亞胺基體中的分散情況，并對(duì)比未經(jīng)處理的碳化硅/聚酰亞胺材料碳化硅的分散性。其中得到的掃描電鏡SEM圖如下圖3.3：(a(a)(b)(c)(d)圖3.3不同比例改性碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合薄膜的SEM圖(a)碳化硅/聚酰亞胺-0.5%； (b)碳化硅/聚酰亞胺-1%；(c)碳化硅/聚酰亞胺-2%； (d)碳化硅/聚酰亞胺-3%；對(duì)改性碳化硅/聚酰亞胺薄膜表面進(jìn)行掃描電鏡測(cè)試，得到掃描圖片如上，對(duì)比于上一章中未改性的碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料掃描圖片，可以清楚的看出，未改性的碳化硅粉體容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)改性后的碳化硅土居現(xiàn)象有了明顯的改善，碳化硅在基體材料中的分散的特別均勻，薄膜內(nèi)碳化硅粒子的尺寸都很小，表面平整，無(wú)明顯的的缺陷現(xiàn)象。3.3.1改性碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的透射電鏡分析為了能夠更好的表征出進(jìn)過(guò)改性處理的碳化硅顆粒在聚酰亞胺基體中的分散情況，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行透射電鏡分析。得到實(shí)驗(yàn)TEM圖片如下圖3.3.1：(((((圖3.3.1硅烷化改性碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合薄膜的TEM圖(a)碳化硅/聚酰亞胺-0.5%；(b)碳化硅/聚酰亞胺-2%；(c)碳化硅/聚酰亞胺-3%相對(duì)比上一章中未改性的碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的TEM圖片可以看出，隨著碳化硅含量的增加，納米碳化硅顆粒在基體中，并未出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，這也與掃描電鏡的結(jié)果相一致。3.4改性碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的性能測(cè)試3.4.1改性碳化硅聚酰亞胺復(fù)合材料的熱性能分析對(duì)經(jīng)過(guò)改性的碳化硅/聚酰亞胺材料在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱重分析，得到復(fù)合材料的熱重分析曲線。如圖3.4.1；temperature(°C)圖5.5改性碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的失重曲線改性后的復(fù)合薄膜的耐熱性和熱穩(wěn)定性都明顯提高，這是由于改性過(guò)的碳化硅顆粒，相對(duì)于改性前，在聚酰亞胺中的分散性更好，碳化硅粒子與基體聚酰亞胺的相容性進(jìn)一步提高，碳化硅與基體間的鍵合無(wú)論從強(qiáng)度與鍵合的數(shù)量，都進(jìn)一步提升。由于鍵合的數(shù)量與強(qiáng)度的增加，要想使材料熱分解，就要更高的能量，使得熱分解溫度變高。3.4.2改性碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的力學(xué)性能分析本小節(jié)通過(guò)與上一章中相同的方式，對(duì)改性后的碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)拉伸測(cè)試。得到材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3.4.2：圖5.6改性碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線當(dāng)碳化硅含量為2.5%時(shí)，碳化硅的含量不在成為影響力學(xué)性能的原因，說(shuō)明團(tuán)聚現(xiàn)象消失。3.4.3改性碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料斷口掃描電鏡分析掃描電鏡可以很好的觀察材料斷口，對(duì)于改性前與改性后碳化硅含量不同的材料進(jìn)行分析，改性前后復(fù)合材料的斷口形貌SEM圖，圖3.4.3如下：圖3.4.3改性前后復(fù)合材料的斷口形貌SEM圖改性后的復(fù)合材料斷口并沒(méi)有出現(xiàn)碳化硅粉體團(tuán)聚現(xiàn)象，斷裂面的裂紋分布密集，并且有明顯的撕裂現(xiàn)象。說(shuō)明經(jīng)過(guò)改性處理的碳化硅納米粒子的表面上帶有可以與基體相作用的基團(tuán)，一方面這些基團(tuán)使得碳化硅的分散性加強(qiáng)，消除了應(yīng)力集中，另一方面碳化硅表面的基團(tuán)與基體鍵合加強(qiáng)了增強(qiáng)體與基體的結(jié)合能力。所以當(dāng)復(fù)合材料受到外力時(shí)，更多的微裂紋用以消耗能量，而無(wú)法最終開裂。3.5本章小結(jié)本章對(duì)碳化硅粉體進(jìn)行了氨基硅烷化改性處理，對(duì)碳化硅粉體的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組，并對(duì)改性后碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料進(jìn)行紅外光譜分析，掃描電鏡、透射電鏡分析，熱性能分析，力學(xué)拉伸性能分析進(jìn)行表征。將改性前后的碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料進(jìn)行對(duì)比。得到如下結(jié)論：（1）對(duì)碳化硅粉體進(jìn)行氨基硅烷化改性處理，并對(duì)改性后碳化硅進(jìn)行紅外光譜分析，紅外結(jié)果表明，偶聯(lián)劑A-1110與碳化硅粉體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)使得碳化硅的表面帶有各種活性基團(tuán)，氨基硅烷化改性成功。（2）對(duì)改性后的碳化硅聚酰亞胺材料進(jìn)行表面SEM表征與內(nèi)部TEM表征，從實(shí)驗(yàn)得到的圖片可以看出，改性后的復(fù)合材料中，團(tuán)聚的現(xiàn)象沒(méi)有多大變化。（3）理的復(fù)合材料，可以發(fā)現(xiàn)，改性后材料的熱穩(wěn)定性有了很大的提升。（4）對(duì)改性碳化硅/聚酰亞胺進(jìn)行拉伸測(cè)試，得到了應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析應(yīng)力-應(yīng)變曲線我們可以看出來(lái)，相同含量的碳化硅，改性前后的力學(xué)拉伸性能都有了很大的提高，而且改性后的碳化硅的含量超過(guò)2.5%的時(shí)候，并沒(méi)有出現(xiàn)力學(xué)性能下降的現(xiàn)象，及時(shí)含對(duì)改性后的碳化硅/聚酰亞胺材料進(jìn)行熱失重分析，對(duì)比未經(jīng)改性處量3.0%時(shí)，仍對(duì)聚酰亞胺材料有著很大的增強(qiáng)作用，說(shuō)明經(jīng)過(guò)改性后，碳化硅粉體由于團(tuán)聚現(xiàn)象而對(duì)材料產(chǎn)生的約束效果被打破，分散性能大大提高。（5）對(duì)經(jīng)過(guò)力學(xué)拉伸性能分析后的改性碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的斷口進(jìn)行掃描形貌分析，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相對(duì)與改性前，改性后的碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，應(yīng)力集中現(xiàn)象消失，材料的紋分布密集，改性后碳化有提高了薄膜材料的抗開裂能力。碳化硅經(jīng)過(guò)改性處理后的分散性大大加強(qiáng)，表面性質(zhì)活潑，在基體聚酰亞胺中的團(tuán)聚現(xiàn)象基本消失，以改性后的碳化硅作為增強(qiáng)體的碳化硅/聚酰亞胺復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能，都得到了很大的增強(qiáng)作用。沈陽(yáng)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第四章結(jié)論第四章結(jié)論1、利用兩步法得到了PI薄膜，利用溶液共混得到SiC/PI復(fù)合薄膜，通過(guò)XRD以及FTIR研究表明聚酰亞胺基體中有SiC，且表明SiC與PI基體之間有一定的化本課題采用溶液共混法制備了納米SiC/PI復(fù)合薄膜，通過(guò)TG以及力學(xué)性能測(cè)試表明SiC的加入使復(fù)合薄膜熱性能以及力學(xué)性能有了一定的提高。2、對(duì)改性SiC/PI復(fù)合薄膜在不同溫度下進(jìn)行了碳化處理，對(duì)其誘導(dǎo)碳化作用進(jìn)行了研究。通過(guò)XRD、FTIR以及EDS分析，表明隨著碳化溫度的升高，復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，逐漸形成類石墨結(jié)構(gòu)。并通過(guò)對(duì)碳化前后質(zhì)量進(jìn)行稱量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)SiC的加入，提高了碳化膜的碳化收率。3、對(duì)不同SiC量的碳化膜進(jìn)行了晶態(tài)結(jié)構(gòu)分析，著重研究SiC納米顆粒在整個(gè)碳化過(guò)程中的誘導(dǎo)催化作用，并總結(jié)得出SiC的誘導(dǎo)催化機(jī)理。認(rèn)為，在整個(gè)碳化過(guò)程中，在低溫碳化下，SiC含量少時(shí)，SiC的無(wú)序排列為主?導(dǎo)地位，含量增加后，SiC的誘導(dǎo)碳化起主要作用。在高溫碳化下，SiC的催化碳化作用占據(jù)了主導(dǎo)地位。4、并通過(guò)對(duì)不同SiC含量在1000C下得到的碳化膜進(jìn)行斷口掃描進(jìn)行分析，表明SiC納米粒子的加入使經(jīng)石墨化處理得到的薄膜的韌性等力學(xué)性能有了一定的提高。沈陽(yáng)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文致謝參考文獻(xiàn)[1]吳潔.碳化硅增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合薄膜制備及其碳化研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012.

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Hybrid

Organic-Inorganic

Materials

In

Search

ofSynergic

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Cuentas-Gallegos,

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Gómez-

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