基本信息
- 项目名称：
- 航空材料双马来酰亚胺树脂（BMI）的改性
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品针对航空器中广泛应用的树脂基体材料双马来酰亚胺低耐受原子氧这一问题，提出了采用POSS（笼状倍半硅氧烷）改性的方法，在双马来酰亚胺中引入Si-O键，形成有机/无机纳米复合材料，在受到原子氧侵蚀时，能在材料表面形成硅氧层，即使受到碰撞表面受损后，内部依然会形成硅氧保护层，进而阻止机体进一步被氧化 因此，深入开展POSS复合材料的结构与性能研究，定将给航空材料领域带来巨大变革。
- 详细介绍：
- 多年来，双马来酰亚胺树脂(BMI)以其优异的耐热性、电绝缘性、透波性、耐辐射、阻燃性，良好的力学性能和尺寸稳定性，已作为复合材料基体树脂、摩擦材料、光学材料、热控材料和电力系统材料广泛用于航天器的各个部件. 但其在低地球轨道中原子氧的作用下,会发生质量损失,力、热、光、电性能明显劣化,进而影响航天器的功能和寿命. 如何提BMI抗原子氧的性能已引起人们的广泛关注。目前采用比多的改良方法是涂层处理法，即在材料表面用等离子喷涂无定型硅，在材料表面形成一层硅涂层，在原子氧环境中时，可在表面形成二氧化硅层，阻止原子氧扩散和进一步的攻击，有一定的防护效果，但因为硅涂层的热膨胀系数与机体材料的不同，在热循环过程中有可能会出现小裂纹，导致原子氧从裂缝中进入机体内部，造成机体损坏。针对上述问题，我们设想从分子层面改造其性能。在基体BMI中引入笼型倍半硅氧烷（POSS，其基本组成是由Si-O键构成主链，侧链则是与硅原子相连的各种有机基团）,形成有机/无机纳米复合材料，在受到原子氧侵蚀时，能在材料表面形成硅氧层，即使受到碰撞表面受损后，内部依然会形成硅氧保护层，显著提高机体材料耐受原子氧性能。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 双马来酰亚胺是一类具有双活性端基的化合物,在加热或催化剂作用下可以交联固化,具有良好的耐热性,耐原子氧等优良特性,目前已广泛应用于航天航空。但是，一般通用的双马来酰亚胺树脂的熔点较高，且固化物交联密度较高，脆性较大，限制了其进一步应用，因此需对其进行改性。针对上述问题，我们设想从分子层面改造其性能。在基体BMI中引入笼型倍半硅氧烷，形成有机/无机纳米复合材料，显著提高机体材料耐受原子氧性能。
科学性、先进性及独特之处
- 从分子层面在基体BMI中引入笼型倍半硅氧烷（POSS，其基本组成是由Si-O键构成主链，侧链则是与硅原子相连的各种有机基团）,形成有机/无机纳米复合材料，在受到原子氧侵蚀时，能在材料表面形成硅氧层，即使受到碰撞表面受损后，内部依然会形成硅氧保护层，而防止材料基体严重腐蚀。
应用价值和现实意义
- 在航空材料方面会有新的突破，可以提高机体材料在低地球轨道中抵抗原子氧的作用，延长航天器的生命，增强航天器的稳定性。
学术论文摘要
- 多年来，双马来酰亚胺树脂(BMI)以其优异的耐热性、电绝缘性、透波性、耐辐射、阻燃性，良好的力学性能和尺寸稳定性，已作为复合材料基体树脂、摩擦材料、光学材料、热控材料和电力系统材料广泛用于航天器的各个部件. 但其在低地球轨道中原子氧的作用下,会发生质量损失,力、热、光、电性能明显劣化,进而影响航天器的功能和寿命. 如何提BMI抗原子氧的性能已引起人们的广泛关注。 目前采用比多的改良方法是涂层处理法，即在材料表面用等离子喷涂无定型硅，在材料表面形成一层硅涂层，在原子氧环境中时，可在表面形成二氧化硅层，阻止原子氧扩散和进一步的攻击，有一定的防护效果，但因为硅涂层的热膨胀系数与机体材料的不同，在热循环过程中有可能会出现小裂纹，导致原子氧从裂缝中进入机体内部，造成基体损坏。 针对上述问题，我们设想从分子层面改造其性能。在基体BMI中引入笼型倍半硅氧烷（POSS，其基本组成是由Si-O键构成主链，侧链则是与硅原子相连的各种有机基团）,形成有机/无机纳米复合材料，在受到原子氧侵蚀时，能在材料表面形成硅氧层，即使受到碰撞表面受损后，内部依然会形成硅氧保护层，显著提高机体材料耐受原子氧性能。
获奖情况
- 作品尚未发表
鉴定结果
- 无
参考文献
- 参考文献： [1]沈新春,王大喜,栗秀刚.聚倍半硅氧烷的研究现状和发展趋势[J].有机硅材料,2004,18(1):22-26. [2]张亚峰,孙陆逸.笼型六面体倍半硅氧烷衍生物制备聚合物纳米复合材料[J].化学世界, 2001(2):98-102. [3]张锐.双官能化笼型倍半硅氧烷的合成研究[D].北京化工大学,2007. [4]何辉,袭锴,葛仁杰等.笼型倍半硅氧烷(POSS)的合成.及应用进展[J].高分子材料科学与工程,2008,24(4). [5]王晓蕾,梁国正,张增平.笼型倍半硅氧烷的合成与应用[J].材料导报,2007,21(11). [6]孟二辉,田春蓉.笼型倍半硅氧烷纳米杂化材料的研究进展[J].化工新型材料,2008,36(8). [7]何辉,袭锴,葛仁杰等.笼型倍半硅氧烷(POSS)的合成及应用进展[J].高分子材料科学与工程,2008,24(4). [8]赵春宝,张楠楠,杨绪杰.多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)杂化材料[J].材料导报,2008,22(2). [9]卢婷利,梁国正,宫兆合等.含倍半硅氧烷的杂化聚合物[J].高分子通报,2004,(1):15-20. [10]邱惠中,吴志红.国外航天材料的新进展[J].宇航材料工艺,1997(4).
同类课题研究水平概述
- 目前国内外对双马来酰亚胺树脂的改性主要有以下几个方面： 一、二元胺改性BMI 二元胺改性BMI是改善BMI脆性较早使用的一中改性方法，BMI。这种改性方法的优点为可改善其在丙酮、甲苯等普通溶剂中的溶解性。其制品可长期在260℃下使用，成型加工方便、公益性良好,固化时不产生低分子挥发物，与各种填料相容性好，粘结度更高。 二、烯丙基化合物改性BMI 烯丙基化合物与BMI单体共聚后的预聚物稳定、易溶、粘附性好,固化物坚韧、耐热，并具有良好的电性能和机械性能等，适合做涂料、模塑料等先进复合材料机体树脂。 三、热塑性树脂改性BMI 采用耐热性较高的热塑性树脂来改性BMI树脂体系，可以在基本上不降低基体树脂的耐热性和热力学性能的前提下实现增韧。高性能热塑性树脂改性BMI的研究报道较多，但这种方法存在某些缺点，如高性能热塑性树脂在BMI基体中混溶性较差，预聚物粘度增大，高热塑性树脂在低沸点溶剂中溶解性较差。 四、弹性体改性BMI BMI常用的增韧方法之一是加入活性弹性体，用液体橡胶进行增韧改性。液体丁腈橡胶作为第二相增韧热固性树脂，研究最多的是用活性端羧基丁腈橡胶增韧BMI的冲击强度。
