二氧化硅粒子的制备及其在石英纤维表面的自组装

论文摘要

石英玻璃纤维作为一种电绝缘性、耐温性、机械性能极优的高技术产品,在航空、航天、军工、半导体、高温隔热、高温过滤方面有着广泛的应用。一般石英纤维表面会涂覆一层有机环氧树脂,该树脂在400～500℃会碳化产生游离碳,从而影响了高温复合材料的界面结合力。本文通过去除石英纤维表面有机环氧树脂,再在石英纤维表面涂覆一层无机二氧化硅粒子,提高了石英纤维在高温下的力学性能。采用烧蚀和溶剂浸溶的方法对石英纤维表面涂层进行了处理。通过单丝抗拉强度、TG-DSC、XPS和SEM研究了石英纤维表面涂层的最佳处理条件。结果表明石英纤维的表面涂层经过400℃烧蚀/甲苯溶剂处理已经基本被处理完全。采用正硅酸乙酯、水、氨水为原料,乙醇为溶剂,制备了粒径分布均匀的二氧化硅粒子。通过扫描电镜（SEM）考察了正硅酸乙酯的浓度、氨水的浓度、水的浓度、反应时间和搅拌速度对生成二氧化硅粒径大小以及粒径分布的影响。通过SEM研究了自然沉降法、超声波震荡法以及溶剂挥发法下二氧化硅粒子在石英纤维表面自组装的形貌。结果表明先将石英纤维表面涂覆一层铝溶胶,再采用垂直毛细自组装法,可得到二氧化硅粒子完全包覆且分布均匀的石英纤维。研究了高温下自组装后的石英纤维与原纤维的单丝抗拉强度的变化。结果表明随着对石英纤维处理温度的提高,自组装后的石英纤维与原纤维的单丝抗拉强度均下降,经过铝溶胶以及二氧化硅胶体溶液处理后的石英纤维单丝抗拉强度下降最少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 石英纤维的表面处理
• 1.2.1 石英纤维的性能及应用
• 1.2.2 石英纤维的国内外发展
• 1.2.3 纤维增强复合材料界面研究的发展状况
• 1.2.4 石英纤维表面浸润剂的处理
• 1.2.5 石英纤维的表面改性
• 1.3 二氧化硅粒子的制备方法
• 1.3.1 化学法
• 1.4 自组装的方法
• 1.4.1 自然沉降自组装
• 1.4.2 利用胶体粒子表面电荷的静电力自组装
• 1.4.3 毛细作用下的自组装
• 1.4.4 一些其他类型的方法
• 1.5 论文选题的依据和主要研究内容
• 1.5.1 论文选题的目的和意义
• 1.5.2 论文的主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 合成与制备
• 2.2.1 石英纤维的表面处理
• 2.2.2 二氧化硅粒子的制备
• 2.2.3 二氧化硅粒子在石英纤维表面的自组装
• 2.2.4 石英纤维增强磷酸铬铝基复合材料的制备
• 2.3 测试及表征
• 2.3.1 单丝抗拉强度测试
• 2.3.2 SEM分析
• 2.3.3 XPS分析
• 2.3.4 TG测试
• 2.3.5 XRD测试
• 第三章 石英纤维的表面处理
• 3.1 前言
• 3.2 烧蚀对石英纤维直径的影响
• 3.3 烧蚀对石英纤维单丝强度的影响
• 3.4 TG-DSC分析石英纤维
• 3.5 XRD分析烧蚀前后石英纤维的变化
• 3.6 烧蚀/溶剂处理对石英纤维单丝直径的影响
• 3.7 经热处理后不同溶剂浸溶对石英纤维单丝抗拉强度的影响
• 3.8 烧蚀/甲苯浸溶不同时间对单丝抗拉强度的影响
• 3.9 烧蚀/甲苯处理后石英纤维表面成分的变化
• 3.10 烧蚀/甲苯处理后石英纤维的表面形貌
• 3.11 小结
• 第四章 二氧化硅粒子的制备
• 4.1 前言
• 4.2 TEOS浓度对粒径的影响
• 4.3 氨水浓度对粒径的影响
• 4.4 水浓度对粒径的影响
• 4.5 反应时间对粒径的影响
• 4.6 搅拌速度对粒径的影响
• 4.7 小结
• 第五章 二氧化硅在石英纤维表面的自组装
• 5.1 前言
• 5.2 采用自然沉降法使二氧化硅在石英纤维表面自组装
• 5.2.1 采用自然沉降法使石英纤维直接浸入不同浓度二氧化硅胶体溶液中自组装
• 5.3 采用超声波振荡法使二氧化硅在石英纤维表面自组装
• 5.3.1 石英纤维在二氧化硅胶体溶液中浸泡时经超声波震荡不同时间的表面形貌
• 5.3.2 石英纤维在二氧化硅胶体溶液中浸泡时经不同功率超声波震荡后的表面形貌
• 5.4 采用垂直毛细作用自组装法使二氧化硅在石英纤维表面自组装
• 5.4.1 采用垂直毛细作用自组装法直接将石英纤维浸入二氧化硅胶体溶液中自组装
• 5.4.2 采用垂直毛细作用自组装法将涂覆铝溶胶后的石英纤维浸入二氧化硅胶体溶液中自组装
• 5.5 经过不同方法处理后的石英纤维单丝抗拉强度
• 5.6 石英纤维增强磷酸铬铝基复合材料性能
• 5.7 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书