耐高溫雜化甲基硅樹脂多孔材料的研究.pdf

1、甲基硅樹脂多孔材料由于其具有Si-O-Si的主鏈結(jié)構(gòu)及豐富的多孔結(jié)構(gòu)，使其在耐高溫隔熱材料方面有著極大的應(yīng)用潛力，但樹脂本身的高脆性及對熱穩(wěn)定性更高的需求抑制了甲基硅樹脂多孔材料的廣泛應(yīng)用。本論文通過對甲基硅樹脂分子結(jié)構(gòu)的改性及摻雜鐵氧化物納米粒子的方式協(xié)同提高樹脂的力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性能。
　　本研究從甲基硅樹脂分子結(jié)構(gòu)改性出發(fā)，通過γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)改性甲基硅樹脂，使環(huán)氧基團在硅樹脂的溶膠-凝膠反應(yīng)中

2、開環(huán)并引入到凝膠體系之中。研究了環(huán)氧基團的加入量對凝膠時間等物理參數(shù)、樹脂結(jié)構(gòu)及性能的影響。通過掃描電鏡(SEM)、熱失重分析(TG)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、壓縮測試及N2吸附等方法對改性的樹脂進行分析和表征。SEM結(jié)果表明，隨著KH560含量的增加，甲基硅樹脂形成的顆粒尺寸減小；N2吸附結(jié)果表明，隨著KH560含量的增加，環(huán)氧基團改性后的甲基硅樹脂內(nèi)部介孔結(jié)構(gòu)減少，大孔結(jié)構(gòu)增多；壓縮測試結(jié)果表明，當(dāng)添加5wt％的KH560時

3、樹脂具有最大的破裂壓縮強度4.104MPa；TG分析結(jié)果表明添加5wt%KH560時樹脂質(zhì)量保留率僅比未改性樹脂降低2.2%。進一步通過液相法合成了三氧化二鐵(Fe2O3)粒子、四氧化三鐵(Fe3O4)粒子，并分別對環(huán)氧基團改性的甲基硅樹脂多孔材料進行摻雜改性。采用掃描電鏡(SEM)、熱失重分析(TG)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、壓縮測試、X射線光電子能譜(XPS)分析等方法對摻雜改性的樹脂進行分析和表征。分析結(jié)果表明摻雜兩種粒子

4、后，有機硅樹脂復(fù)合多孔材料的耐高溫性能均優(yōu)于未摻雜的有機硅樹脂。FTIR結(jié)果表明400℃燒蝕后摻雜了三氧化二鐵(Fe2O3)粒子或四氧化三鐵(Fe3O4)粒子的有機硅樹脂仍含有Si-CH3基團，而未摻雜樣品中 Si-CH3基團已完全轉(zhuǎn)化為無機結(jié)構(gòu)。XPS分析結(jié)果表明，摻雜10wt%Fe3O4粒子環(huán)氧基團改性甲基硅樹脂在350℃燒蝕30min后依然存在Si-C鍵，而未摻雜的環(huán)氧基團改性樹脂則Si-C鍵轉(zhuǎn)化為Si-O鍵。四氧化三鐵粒子添加量

5、為10wt%時，制備的環(huán)氧基團改性甲基硅樹脂在室溫下具有較高耐壓縮性能(破裂時壓縮強度為2.325MPa)，熱重分析結(jié)果表明該樣品在由室溫升溫至1000℃后質(zhì)量保留率為82.33%。采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法對比分析了甲基硅樹脂、Fe2O3摻雜環(huán)氧基團改性甲基硅樹脂及Fe3O4摻雜環(huán)氧基團改性甲基硅樹脂的熱分解活化能，三種樹脂于分解度為90%時，熱分解活化能分別為48.2kJ/mol、174.9kJ/mol、285