SiC/有机硅改性酚醛树脂复合材料的耐温性研究

摘要

酚醛树脂是最早工业化应用的合成树脂，由于其良好的阻燃性、绝缘性、粘结性和热稳定性，因而其具有广泛的应用领域。但酚醛树脂属于有机高分子材料，纯酚醛树脂一般只能在200℃长期使用，超过300℃后将发生急剧热解失重，造成性能下降。特别是在作为烧蚀材料基体时，在高温时需要更高的残炭率，因此需要对酚醛树脂的耐热性进行改性，满足酚醛树脂及其复合材料在高温领域的应用要求。本文研究了苯基三乙氧基硅烷和碳化硅改性酚醛树脂，主要目的是提高酚醛树脂的耐热性，改性树脂可以作为耐高温材料基体。
　　 本文研究了苯基三乙氧基硅烷改性酚醛树脂的制备方法和性能表征。通过将苯基三乙氧基硅烷在一定条件下水解，再参与到酚醛树脂的合成反应。结果表明：苯基三乙氧基硅烷水解后改性酚醛树脂，会使游离酚有一定上升，固含量和残炭量都会提高，耐热性提高。通过FT-IR表征发现，苯基三乙氧基硅烷水解产物和酚醛树脂中发生了化学反应。通过热失重曲线分析，发现当用质量分数为20％苯基三乙氧基硅烷改性酚醛树脂时，热分解温度在386℃左右，提高了近40℃，在800℃的残炭量为62.9％，提高了8.4％。纯酚醛树脂和20％苯基三乙氧基硅烷改性酚醛的TG-DSC-DTG曲线，表明改性后的树脂在400～600℃间的热失重峰值温度更高，并且吸热峰和放热峰都向着高温方向移动，树脂的热稳定得到增强。
　　 本文在20％苯基三乙氧基硅烷改性酚醛树脂基础上，通过碳化硅进一步提高酚醛树脂复合材料的热稳定性。使用偶联剂KH-550对碳化硅表面进行化学处理，提高碳化硅粒子和基体树脂的界面相容性。通过SEM表征显示，碳化硅在苯基三乙氧基硅烷/酚醛树脂中分散比较均匀，尺度在200～300nm，但仍有粒子团聚。热失重测试表明，当用3％、6％、9％、12％的SiC改性时，800℃的残炭率较苯基三乙氧基硅烷/酚醛树脂分别提高了2.2％、4.2％、5.3％和7.1％。当SiC量在6％时，拉伸强度提高了2.1MPa，冲击强度提高了0.48kJ/m2，SiC的量超过6％后，增强的作用不明显。