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STPd0002導電性TRF纖維及其復合材料

時間:2005-08-23
關鍵詞:STPd 0002 導電性 TRF 纖維 及其 復合 材料 來源:互聯網
1. 國內外現狀、水平和發展趨勢: 聚鈦碳硅烷高分子(以下簡稱PTC)是由Ti、Si、C元素組成的交聯型金屬有機高分子,是合成Ti-Si-C-O纖維(以下簡稱TRF)的前驅體。TRF是繼玻璃纖維、炭纖維、鋁纖維、硼纖維、SiC纖維等復合材料增強纖維之后,新開發的一種在性能和功能化方面最優異的復合材料增強纖維。對于這種高性能纖維,美、日、加、德等工業發達國家,從80年代末開始,競相大力開展研究,89年以后之方面的論文不斷增加。但目前的研究工作,仍停留在合成方法、工藝條件及性能方面,在前驅體高分子有其纖維的制備上,已完成實驗室規模的工作,對于TRF的各種性能已發表了較為一致的數據。今后的研究方向將是TRF增強復合材料的制備及其應用。國內對TRF的研究,尚未見報導。
2.開發目的、意義: Ti-Si-C-O纖維具有高強度、低密度、耐高溫、有導電性、結節強度大、對金屬、塑料反應小、濕潤性好等一系列優異特性,由它可制備高性能樹脂基或金屬基的復合材料。這種復合材料兼備了高強度、輕質、耐高溫、抗電磁波干擾(通過調節電導度,實現對一定波長電磁波的吸收或透過)等綜合性能。因而它是高技術宇航工業、汽車工業、通訊設備、計算機工業、甚至于體育用品(如跳桿)、高檔家用設備等的零部件、結構材料、殼體等尖端設備的最佳選料。
技術特點與技術指標
1.前驅體聚鈦碳硅烷高分子(PTC)的合成(關鍵技術): (1)技術目標達到 :分子量Mw>10,000;轉化率>50%.
(2)技術特征及創新之處: 本項目擬根據聚硅烷高分子的紫外光解速度快的特征(已研究并鑒定),采用光解──交聯的方法,有利于提高轉化率和分子量。
(3)分子組成與纖維性能(導電率、強度)的關系(關鍵技術): 通過合成條件的控制,研究鈦酸酯與Si-H鍵的縮合架橋反應動力學;進而研究Ti含量與纖維性能的關系,為纖維的性能設計打下了基礎。
2. PTC的熔融紡絲及不融化處理: 利用自制的單根紡絲設備,紡絲的同時,在熱氧條件下,利用空氣中的氧使紡絲表面交聯,以達到在1000℃下不融的目的,為TRF的高溫燒結制備準備原料。技術特征是熔融紡絲的同時,利用紫外光照,以加快硅烷鏈分解而產生游離基的速度,促進交聯作用(即不融化過程)的進行。 3.紡絲的熱轉化及性能研究: (1)在1000~1500℃的高溫下,在N2氣中連續處理紡絲,則紡絲轉化為Ti-Si-C-O纖維;研究轉化溫度、時間與纖維性能的關系。 (2)性能研究:纖維的組成、結晶性與導電率、抗張強度、形變、表面特性等的關系,以達到指導合成,制備出上述技術指標的產品。
4.TRF復合材料的探索研究: 探索新型樹脂基和金屬基復合材料的有關理論:強度的優化設計計算;復合界面特性及表征。根據市場需求,同時完成復合材料的開發和應用研究。 本項目將達到目前國際最先進水平,即: (1)纖維的耐溫性:>1400℃(一般常規炭纖維600℃,SiC纖維在1100℃時強度消失); (2)纖維直徑(長纖維):8~12微米; (3)抗張強度:約3.0Gpa; (4)密度:2.3~2.4g/cm3; (5)熱膨脹系數:~3.1×10-6/℃(軸、徑兩方向幾乎相同); (6)結節強度:與炭纖維相同,適于各種復雜編織; (7)導電性:比電阻10,000,000~0.1Ω.cm(根據需要,通過調節組成和條件在絕緣體、半導體、導體范圍選擇) 由TRF的主要性能參數可見,其綜合性能優于目前各種纖維。由TRF增強的TRF/樹脂復合材料,具有耐高溫、輕質化、耐老化、高強度、抗電磁波干擾的特征;TRF/AL復合材料(Vf≈50%),同樣具有輕質、高強、耐高溫的特點,復合時反應性小、濕潤性好、機械性能達到:抗曲強度150 kg/c㎡ (0度方向)和35 kg/c㎡(90 度方向),抗拉強度110kg/c㎡,并在300℃的高溫下維持其強度不變,表明這種材料的抗疲勞、壓縮、沖擊等特性均為優異。
三、市場預測 TRF復合材料在諸如汽車、飛機等工業中所需的輕質、高強、耐高溫的部件、殼體;通迅設備、計算機設備中所需的輕質高強結構形材;抗電磁波干擾殼體等領域中;將有廣泛的應用前景,彌補國內空白。工業化生產后,其成本將低于炭纖維,而性能卻更優異,其經濟效益將是可觀的。
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