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基本信息

項(xiàng)目名稱：
航空材料雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）的改性
小類：
能源化工
簡介：
本作品針對航空器中廣泛應(yīng)用的樹脂基體材料雙馬來酰亞胺低耐受原子氧這一問題，提出了采用POSS（籠狀倍半硅氧烷）改性的方法，在雙馬來酰亞胺中引入Si-O鍵，形成有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料，在受到原子氧侵蝕時(shí)，能在材料表面形成硅氧層，即使受到碰撞表面受損后，內(nèi)部依然會形成硅氧保護(hù)層，進(jìn)而阻止機(jī)體進(jìn)一步被氧化 因此，深入開展POSS復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究，定將給航空材料領(lǐng)域帶來巨大變革。
詳細(xì)介紹：
多年來，雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)以其優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、透波性、耐輻射、阻燃性，良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，已作為復(fù)合材料基體樹脂、摩擦材料、光學(xué)材料、熱控材料和電力系統(tǒng)材料廣泛用于航天器的各個(gè)部件. 但其在低地球軌道中原子氧的作用下,會發(fā)生質(zhì)量損失,力、熱、光、電性能明顯劣化,進(jìn)而影響航天器的功能和壽命. 如何提BMI抗原子氧的性能已引起人們的廣泛關(guān)注。目前采用比多的改良方法是涂層處理法，即在材料表面用等離子噴涂無定型硅，在材料表面形成一層硅涂層，在原子氧環(huán)境中時(shí)，可在表面形成二氧化硅層，阻止原子氧擴(kuò)散和進(jìn)一步的攻擊，有一定的防護(hù)效果，但因?yàn)楣柰繉拥臒崤蛎浵禂?shù)與機(jī)體材料的不同，在熱循環(huán)過程中有可能會出現(xiàn)小裂紋，導(dǎo)致原子氧從裂縫中進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，造成機(jī)體損壞。針對上述問題，我們設(shè)想從分子層面改造其性能。在基體BMI中引入籠型倍半硅氧烷（POSS，其基本組成是由Si-O鍵構(gòu)成主鏈，側(cè)鏈則是與硅原子相連的各種有機(jī)基團(tuán)）,形成有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料，在受到原子氧侵蝕時(shí)，能在材料表面形成硅氧層，即使受到碰撞表面受損后，內(nèi)部依然會形成硅氧保護(hù)層，顯著提高機(jī)體材料耐受原子氧性能。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

雙馬來酰亞胺是一類具有雙活性端基的化合物,在加熱或催化劑作用下可以交聯(lián)固化,具有良好的耐熱性,耐原子氧等優(yōu)良特性,目前已廣泛應(yīng)用于航天航空。但是，一般通用的雙馬來酰亞胺樹脂的熔點(diǎn)較高，且固化物交聯(lián)密度較高，脆性較大，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用，因此需對其進(jìn)行改性。針對上述問題，我們設(shè)想從分子層面改造其性能。在基體BMI中引入籠型倍半硅氧烷，形成有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料，顯著提高機(jī)體材料耐受原子氧性能。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

從分子層面在基體BMI中引入籠型倍半硅氧烷（POSS，其基本組成是由Si-O鍵構(gòu)成主鏈，側(cè)鏈則是與硅原子相連的各種有機(jī)基團(tuán)）,形成有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料，在受到原子氧侵蝕時(shí)，能在材料表面形成硅氧層，即使受到碰撞表面受損后，內(nèi)部依然會形成硅氧保護(hù)層，而防止材料基體嚴(yán)重腐蝕。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

在航空材料方面會有新的突破，可以提高機(jī)體材料在低地球軌道中抵抗原子氧的作用，延長航天器的生命，增強(qiáng)航天器的穩(wěn)定性。

學(xué)術(shù)論文摘要

多年來，雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)以其優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、透波性、耐輻射、阻燃性，良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，已作為復(fù)合材料基體樹脂、摩擦材料、光學(xué)材料、熱控材料和電力系統(tǒng)材料廣泛用于航天器的各個(gè)部件. 但其在低地球軌道中原子氧的作用下,會發(fā)生質(zhì)量損失,力、熱、光、電性能明顯劣化,進(jìn)而影響航天器的功能和壽命. 如何提BMI抗原子氧的性能已引起人們的廣泛關(guān)注。 目前采用比多的改良方法是涂層處理法，即在材料表面用等離子噴涂無定型硅，在材料表面形成一層硅涂層，在原子氧環(huán)境中時(shí)，可在表面形成二氧化硅層，阻止原子氧擴(kuò)散和進(jìn)一步的攻擊，有一定的防護(hù)效果，但因?yàn)楣柰繉拥臒崤蛎浵禂?shù)與機(jī)體材料的不同，在熱循環(huán)過程中有可能會出現(xiàn)小裂紋，導(dǎo)致原子氧從裂縫中進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，造成基體損壞。 針對上述問題，我們設(shè)想從分子層面改造其性能。在基體BMI中引入籠型倍半硅氧烷（POSS，其基本組成是由Si-O鍵構(gòu)成主鏈，側(cè)鏈則是與硅原子相連的各種有機(jī)基團(tuán)）,形成有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料，在受到原子氧侵蝕時(shí)，能在材料表面形成硅氧層，即使受到碰撞表面受損后，內(nèi)部依然會形成硅氧保護(hù)層，顯著提高機(jī)體材料耐受原子氧性能。

獲獎(jiǎng)情況

作品尚未發(fā)表

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)： [1]沈新春,王大喜,栗秀剛.聚倍半硅氧烷的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].有機(jī)硅材料,2004,18(1):22-26. [2]張亞峰,孫陸逸.籠型六面體倍半硅氧烷衍生物制備聚合物納米復(fù)合材料[J].化學(xué)世界, 2001(2):98-102. [3]張銳.雙官能化籠型倍半硅氧烷的合成研究[D].北京化工大學(xué),2007. [4]何輝,襲鍇,葛仁杰等.籠型倍半硅氧烷(POSS)的合成.及應(yīng)用進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程,2008,24(4). [5]王曉蕾,梁國正,張?jiān)銎?籠型倍半硅氧烷的合成與應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào),2007,21(11). [6]孟二輝,田春蓉.籠型倍半硅氧烷納米雜化材料的研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2008,36(8). [7]何輝,襲鍇,葛仁杰等.籠型倍半硅氧烷(POSS)的合成及應(yīng)用進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程,2008,24(4). [8]趙春寶,張楠楠,楊緒杰.多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)雜化材料[J].材料導(dǎo)報(bào),2008,22(2). [9]盧婷利,梁國正,宮兆合等.含倍半硅氧烷的雜化聚合物[J].高分子通報(bào),2004,(1):15-20. [10]邱惠中,吳志紅.國外航天材料的新進(jìn)展[J].宇航材料工藝,1997(4).

同類課題研究水平概述

目前國內(nèi)外對雙馬來酰亞胺樹脂的改性主要有以下幾個(gè)方面： 一、二元胺改性BMI 二元胺改性BMI是改善BMI脆性較早使用的一中改性方法，BMI。這種改性方法的優(yōu)點(diǎn)為可改善其在丙酮、甲苯等普通溶劑中的溶解性。其制品可長期在260℃下使用，成型加工方便、公益性良好,固化時(shí)不產(chǎn)生低分子揮發(fā)物，與各種填料相容性好，粘結(jié)度更高。 二、烯丙基化合物改性BMI 烯丙基化合物與BMI單體共聚后的預(yù)聚物穩(wěn)定、易溶、粘附性好,固化物堅(jiān)韌、耐熱，并具有良好的電性能和機(jī)械性能等，適合做涂料、模塑料等先進(jìn)復(fù)合材料機(jī)體樹脂。 三、熱塑性樹脂改性BMI 采用耐熱性較高的熱塑性樹脂來改性BMI樹脂體系，可以在基本上不降低基體樹脂的耐熱性和熱力學(xué)性能的前提下實(shí)現(xiàn)增韌。高性能熱塑性樹脂改性BMI的研究報(bào)道較多，但這種方法存在某些缺點(diǎn)，如高性能熱塑性樹脂在BMI基體中混溶性較差，預(yù)聚物粘度增大，高熱塑性樹脂在低沸點(diǎn)溶劑中溶解性較差。 四、彈性體改性BMI BMI常用的增韌方法之一是加入活性彈性體，用液體橡膠進(jìn)行增韌改性。液體丁腈橡膠作為第二相增韌熱固性樹脂，研究最多的是用活性端羧基丁腈橡膠增韌BMI的沖擊強(qiáng)度。
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