STPd0002導(dǎo)電性TRF纖維及其復(fù)合材料
時(shí)間:2005-08-23
1. 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)： 聚鈦碳硅烷高分子（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PTC）是由Ti、Si、C元素組成的交聯(lián)型金屬有機(jī)高分子，是合成Ti-Si-C-O纖維（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TRF）的前驅(qū)體。TRF是繼玻璃纖維、炭纖維、鋁纖維、硼纖維、SiC纖維等復(fù)合材料增強(qiáng)纖維之后，新開(kāi)發(fā)的一種在性能和功能化方面最優(yōu)異的復(fù)合材料增強(qiáng)纖維。對(duì)于這種高性能纖維，美、日、加、德等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，從80年代末開(kāi)始，競(jìng)相大力開(kāi)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(qū)體高分子有其纖維的制備上，已完成實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的工作，對(duì)于TRF的各種性能已發(fā)表了較為一致的數(shù)據(jù)。今后的研究方向?qū)⑹荰RF增強(qiáng)復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用。國(guó)內(nèi)對(duì)TRF的研究，尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。
2.開(kāi)發(fā)目的、意義： Ti-Si-C-O纖維具有高強(qiáng)度、低密度、耐高溫、有導(dǎo)電性、結(jié)節(jié)強(qiáng)度大、對(duì)金屬、塑料反應(yīng)小、濕潤(rùn)性好等一系列優(yōu)異特性，由它可制備高性能樹(shù)脂基或金屬基的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料兼?zhèn)淞烁邚?qiáng)度、輕質(zhì)、耐高溫、抗電磁波干擾（通過(guò)調(diào)節(jié)電導(dǎo)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)一定波長(zhǎng)電磁波的吸收或透過(guò)）等綜合性能。因而它是高技術(shù)宇航工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)工業(yè)、甚至于體育用品（如跳桿）、高檔家用設(shè)備等的零部件、結(jié)構(gòu)材料、殼體等尖端設(shè)備的最佳選料。
技術(shù)特點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)
1.前驅(qū)體聚鈦碳硅烷高分子（PTC）的合成（關(guān)鍵技術(shù)）： （1）技術(shù)目標(biāo)達(dá)到 ：分子量Mw>10,000;轉(zhuǎn)化率＞50%.
（2）技術(shù)特征及創(chuàng)新之處： 本項(xiàng)目擬根據(jù)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(lián)的方法，有利于提高轉(zhuǎn)化率和分子量。
（3）分子組成與纖維性能（導(dǎo)電率、強(qiáng)度）的關(guān)系（關(guān)鍵技術(shù)）： 通過(guò)合成條件的控制，研究鈦酸酯與Si-H鍵的縮合架橋反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；進(jìn)而研究Ti含量與纖維性能的關(guān)系，為纖維的性能設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。
2. PTC的熔融紡絲及不融化處理： 利用自制的單根紡絲設(shè)備，紡絲的同時(shí)，在熱氧條件下，利用空氣中的氧使紡絲表面交聯(lián)，以達(dá)到在1000℃下不融的目的，為T(mén)RF的高溫?zé)Y(jié)制備準(zhǔn)備原料。技術(shù)特征是熔融紡絲的同時(shí)，利用紫外光照，以加快硅烷鏈分解而產(chǎn)生游離基的速度，促進(jìn)交聯(lián)作用（即不融化過(guò)程）的進(jìn)行。 3.紡絲的熱轉(zhuǎn)化及性能研究： （1）在1000~1500℃的高溫下，在N2氣中連續(xù)處理紡絲，則紡絲轉(zhuǎn)化為T(mén)i-Si-C-O纖維；研究轉(zhuǎn)化溫度、時(shí)間與纖維性能的關(guān)系。 （2）性能研究：纖維的組成、結(jié)晶性與導(dǎo)電率、抗張強(qiáng)度、形變、表面特性等的關(guān)系，以達(dá)到指導(dǎo)合成，制備出上述技術(shù)指標(biāo)的產(chǎn)品。
4.TRF復(fù)合材料的探索研究： 探索新型樹(shù)脂基和金屬基復(fù)合材料的有關(guān)理論：強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算；復(fù)合界面特性及表征。根據(jù)市場(chǎng)需求，同時(shí)完成復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究。 本項(xiàng)目將達(dá)到目前國(guó)際最先進(jìn)水平，即： (1)纖維的耐溫性：>1400℃（一般常規(guī)炭纖維600℃，SiC纖維在1100℃時(shí)強(qiáng)度消失）； (2)纖維直徑（長(zhǎng)纖維）：8~12微米； (3)抗張強(qiáng)度：約3.0Gpa； (4)密度：2.3~2.4g/cm3； (5)熱膨脹系數(shù)：~3.1×10-6/℃（軸、徑兩方向幾乎相同）； (6)結(jié)節(jié)強(qiáng)度：與炭纖維相同，適于各種復(fù)雜編織； (7)導(dǎo)電性：比電阻10,000,000～0.1Ω.cm（根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)節(jié)組成和條件在絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體范圍選擇） 由TRF的主要性能參數(shù)可見(jiàn)，其綜合性能優(yōu)于目前各種纖維。由TRF增強(qiáng)的TRF/樹(shù)脂復(fù)合材料，具有耐高溫、輕質(zhì)化、耐老化、高強(qiáng)度、抗電磁波干擾的特征；TRF/AL復(fù)合材料（Vf≈50%），同樣具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫的特點(diǎn)，復(fù)合時(shí)反應(yīng)性小、濕潤(rùn)性好、機(jī)械性能達(dá)到：抗曲強(qiáng)度150 kg/c㎡ (0度方向)和35 kg/c㎡（90 度方向），抗拉強(qiáng)度110kg/c㎡,并在300℃的高溫下維持其強(qiáng)度不變，表明這種材料的抗疲勞、壓縮、沖擊等特性均為優(yōu)異。
三、市場(chǎng)預(yù)測(cè) TRF復(fù)合材料在諸如汽車(chē)、飛機(jī)等工業(yè)中所需的輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫的部件、殼體；通迅設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備中所需的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)形材；抗電磁波干擾殼體等領(lǐng)域中；將有廣泛的應(yīng)用前景，彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。工業(yè)化生產(chǎn)后，其成本將低于炭纖維，而性能卻更優(yōu)異，其經(jīng)濟(jì)效益將是可觀的。
