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聚硅氮烷作为陶瓷前驱体己得到了广泛的研究,并在陶瓷涂层、基体、纤维等材料的制备方而得到应用。相比之下,聚硅氮烷作为树脂材料的研究较少。本文以实验室可小批量稳定制备的聚硅氮烷为研究对象,在对其树脂基本性能进行了较仝面研究的基础上,利用其良好的工艺性、较好的耐温性、较低的固化物介电常数和介电损耗等特点,分别制备了石英纤维增强聚硅氮烷基复合材料和聚硅氮烷基光子晶体,探讨了其在耐高温透波材料方面潜在的应用价值。本论文丰要内容如下:
1研究了两种不同结构聚硅氮烷PSN1和PSN2作为树脂材料的基本性能,确定了树脂固化反应动力学,比较了固化和后固化工艺对材料热性能、抗氧化性能、介电性能、力学性能、吸水率的影响,发现两种树脂材料均具有较好的热性能,较低的介电常数和介电损耗以及较低的吸水率,有望用作耐高温透波材料。
2分别以PSN1和PSN2为基体,石英纤维布为增强材料,利用模压方法制备了聚硅氮炕基复合材料,并对其性能进行了研究。结果表明PSN1/石英纤维复合材料综合性能优于PSN2/石英纤维复合材料,其介电性能稳定,室温力学强度较高。为改善其高温力学性能,尤其是复合材料层问剪切强度较低的缺点,分别尝试了向基体PSN1中加入纳米填料、对纤维进行热处理、表面处理等方法,但并未取得明显效果。
3通过聚合物共混的方式制备了聚硅氮烷PSN1-邻苯二甲腈有机无机杂化树脂,树脂具有较好的溶解性和较低的粘度,工艺性能良好。通过改变两者的比例,杂化树脂在较低温度,250℃可以较好的固化,并表现出很好的热稳定性,失重10%的温度超过600℃以该杂化树脂为基体,以石英纤维为增强体,通过模压方式制备得到复合材料层压板。复合材料力学性能相比PSN1/石英纤维复合材料明显提高,高温保留率大大上升,500℃时层间剪切强度最高可达11MPa。复合材料介电性能优异,在宽频、室温至500℃范围内,介电常数低于2.23,介电损耗低于0.012。该杂化树脂体系的开发在耐高温透波树脂领域具有重要应用价值。
4通过聚合物自组装模板的方法制备了具有规则孔结构的聚硅氮烷基光子晶体,解决了白组装模板法制备反蛋白石光了晶体容易出现裂纹的问题,获得了大面积无裂纹高固体填充率的光子晶体。分析了该方法抑制裂纹产生的主要原因,包括聚硅氮烷特殊的粘度变化行为、较佳的固化和裂解工艺以及聚硅氮烷固化物本身有机无机杂化的特点。通过赋予聚硅氮烷光子晶体结构,使该材料在具有毫米-厘米波透过功能的基础上,兼具了可见光.近红外波的反射功能。该材料在军事隐身、迷彩、隔热等领域具有一定应用可能。