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STPd0002导电性TRF纤维及其复合材料

时间:2005-08-23
关键词:STPd 0002 导电性 TRF 纤维 及其 复合 材料 来源:互联网
1. 国内外现状、水平和发展趋势: 聚钛碳硅烷高分子(以下简称PTC)是由Ti、Si、C元素组成的交联型金属有机高分子,是合成Ti-Si-C-O纤维(以下简称TRF)的前驱体。TRF是继玻璃纤维、炭纤维、铝纤维、硼纤维、SiC纤维等复合材料增强纤维之后,新开发的一种在性能和功能化方面最优异的复合材料增强纤维。对于这种高性能纤维,美、日、加、德等工业发达国家,从80年代末开始,竞相大力开展研究,89年以后之方面的论文不断增加。但目前的研究工作,仍停留在合成方法、工艺条件及性能方面,在前驱体高分子有其纤维的制备上,已完成实验室规模的工作,对于TRF的各种性能已发表了较为一致的数据。今后的研究方向将是TRF增强复合材料的制备及其应用。国内对TRF的研究,尚未见报导。
2.开发目的、意义: Ti-Si-C-O纤维具有高强度、低密度、耐高温、有导电性、结节强度大、对金属、塑料反应小、湿润性好等一系列优异特性,由它可制备高性能树脂基或金属基的复合材料。这种复合材料兼备了高强度、轻质、耐高温、抗电磁波干扰(通过调节电导度,实现对一定波长电磁波的吸收或透过)等综合性能。因而它是高技术宇航工业、汽车工业、通讯设备、计算机工业、甚至于体育用品(如跳杆)、高档家用设备等的零部件、结构材料、壳体等尖端设备的最佳选料。
技术特点与技术指标
1.前驱体聚钛碳硅烷高分子(PTC)的合成(关键技术): (1)技术目标达到 :分子量Mw>10,000;转化率>50%.
(2)技术特征及创新之处: 本项目拟根据聚硅烷高分子的紫外光解速度快的特征(已研究并鉴定),采用光解──交联的方法,有利于提高转化率和分子量。
(3)分子组成与纤维性能(导电率、强度)的关系(关键技术): 通过合成条件的控制,研究钛酸酯与Si-H键的缩合架桥反应动力学;进而研究Ti含量与纤维性能的关系,为纤维的性能设计打下了基础。
2. PTC的熔融纺丝及不融化处理: 利用自制的单根纺丝设备,纺丝的同时,在热氧条件下,利用空气中的氧使纺丝表面交联,以达到在1000℃下不融的目的,为TRF的高温烧结制备准备原料。技术特征是熔融纺丝的同时,利用紫外光照,以加快硅烷链分解而产生游离基的速度,促进交联作用(即不融化过程)的进行。 3.纺丝的热转化及性能研究: (1)在1000~1500℃的高温下,在N2气中连续处理纺丝,则纺丝转化为Ti-Si-C-O纤维;研究转化温度、时间与纤维性能的关系。 (2)性能研究:纤维的组成、结晶性与导电率、抗张强度、形变、表面特性等的关系,以达到指导合成,制备出上述技术指标的产品。
4.TRF复合材料的探索研究: 探索新型树脂基和金属基复合材料的有关理论:强度的优化设计计算;复合界面特性及表征。根据市场需求,同时完成复合材料的开发和应用研究。 本项目将达到目前国际最先进水平,即: (1)纤维的耐温性:>1400℃(一般常规炭纤维600℃,SiC纤维在1100℃时强度消失); (2)纤维直径(长纤维):8~12微米; (3)抗张强度:约3.0Gpa; (4)密度:2.3~2.4g/cm3; (5)热膨胀系数:~3.1×10-6/℃(轴、径两方向几乎相同); (6)结节强度:与炭纤维相同,适于各种复杂编织; (7)导电性:比电阻10,000,000~0.1Ω.cm(根据需要,通过调节组成和条件在绝缘体、半导体、导体范围选择) 由TRF的主要性能参数可见,其综合性能优于目前各种纤维。由TRF增强的TRF/树脂复合材料,具有耐高温、轻质化、耐老化、高强度、抗电磁波干扰的特征;TRF/AL复合材料(Vf≈50%),同样具有轻质、高强、耐高温的特点,复合时反应性小、湿润性好、机械性能达到:抗曲强度150 kg/c㎡ (0度方向)和35 kg/c㎡(90 度方向),抗拉强度110kg/c㎡,并在300℃的高温下维持其强度不变,表明这种材料的抗疲劳、压缩、冲击等特性均为优异。
三、市场预测 TRF复合材料在诸如汽车、飞机等工业中所需的轻质、高强、耐高温的部件、壳体;通迅设备、计算机设备中所需的轻质高强结构形材;抗电磁波干扰壳体等领域中;将有广泛的应用前景,弥补国内空白。工业化生产后,其成本将低于炭纤维,而性能却更优异,其经济效益将是可观的。