溶膠凝膠法制備二氧化硅-硼酚醛樹脂復(fù)合材料的研究.pdf

1、硼酚醛樹脂(BPF)具有優(yōu)良的耐高溫、耐燒蝕性能，添加無機粒子到BPF中制備復(fù)合材料，作為熱防護材料得到了廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的方法中，直接將無機粒子加入到BPF中，雖然耐熱性和耐燒蝕性能得到很大的改善，但是均存在粒子在樹脂中分散不均勻，制備的材料常出現(xiàn)分相問題，不容易固化的現(xiàn)象，使得材料性能降低。本論文選用無機前驅(qū)體正硅酸乙酯（TEOS），通過溶膠凝膠法在BPF中生成SiO2粒子，實現(xiàn)了分子級的復(fù)合，避免有機/無機復(fù)合材料成型時出現(xiàn)分層

2、現(xiàn)象，同時綜合BPF樹脂以及無機SiO2粒子優(yōu)良性能于復(fù)合材料中。
　　首先，本文以 TEOS為無機前驅(qū)體，以鹽酸為催化劑，探究了溶膠凝膠法制備SiO2粒子的最佳反應(yīng)配比和反應(yīng)條件。將制備出的SiO2凝膠在不同的溫度條件下處理，表征了各項性能，研究硅烷偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）的加入，對SiO2粒子顆粒尺寸和形態(tài)的影響。其次，分析了 BPF的固化機理和固化成型條件，通

3、過溶膠凝膠法在BPF中生成SiO2粒子，當TEOS含量為0、5％、10%、15%和20%時，研究體系的熱性能，燒蝕性能以及力學(xué)性能。最后，添加APTES和GPTMS于復(fù)合材料中，探究偶聯(lián)劑的加入對SiO2粒子顆粒尺寸、在BPF中的分散性以及對復(fù)合體系性能的影響。
　　得出制備SiO2粒子的最佳配比和反應(yīng)條件：n(TEOS)∶n(EtOH)=1∶2、
　　n(TEOS)∶n(HCl)=1∶0.01、n(TEOS)∶n(H2O)

4、=1∶2、反應(yīng)溫度為60℃、反應(yīng)時間為4h。SiO2凝膠隨著熱處理溫度的升高，特征吸收峰增強，晶型明顯，APTES和GPTMS的加入，使得SiO2粒子尺寸減小，經(jīng)過1000℃處理，顆粒尺寸100nm左右。在BPF中添加TEOS制備復(fù)合材料，到1000℃時的殘留率、最大熱失重所對應(yīng)的溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、機械性能以及熱氧化殘留率與純的BPF相比，有提高，隨著TEOS的含量的增加，SiO2尺寸會逐漸增大。添加APTES或者GPTMS到復(fù)合體

5、系中，TEOS含量相同時，復(fù)合材料力學(xué)性能增強，SiO2在BPF中分散更均勻。加入GPTMS時，粒子以20nm左右的尺寸均勻分散在BPF中，復(fù)合體系放置7天仍不會出現(xiàn)相分離，添加GPTMS后改性效果較APTES的好。復(fù)合材料在1000℃處理后，形成堅硬的陶瓷結(jié)構(gòu)，保護內(nèi)部碳元素。
　　綜上所述，本文通過溶膠凝膠法制備二氧化硅/硼酚醛樹脂復(fù)合材料，在提高材料耐熱性和耐燒蝕性能的基礎(chǔ)上，無機粒子在樹脂中分散均勻，力學(xué)性能得到增強，同時