亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        聚硅氮烷/BN耐熱復(fù)合涂層的制備及性能

        2021-10-20 12:06:58萬耀明
        材料工程 2021年10期
        關(guān)鍵詞:改性

        萬耀明,李 靜,梁 璐,熊 瑜,王 彥

        (中國航發(fā)北京航空材料研究院,北京 100095)

        六方氮化硼(h-BN)是一種與石墨烯結(jié)構(gòu)類似的二維材料,它們兩者具有很多相似的性能[1],諸如優(yōu)異的耐熱性和導(dǎo)熱性、良好的氣體阻隔性,這些性能使它們可以在涂層表面防護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前已有報道將石墨烯片層結(jié)構(gòu)的阻隔性能應(yīng)用于涂料領(lǐng)域[2-5],但是石墨烯的導(dǎo)電性可能誘發(fā)的電化學(xué)腐蝕問題一直受到學(xué)術(shù)界的爭議,而氮化硼是電絕緣材料,因而利用氮化硼作為功能填料加入涂料中不存在電化學(xué)腐蝕的風(fēng)險,可以充分地利用其耐熱和氣體阻隔的性能。

        聚硅氮烷是一類陶瓷前驅(qū)體型高分子樹脂,低分子量的聚硅氮烷具有良好的流動性、可塑性強,在經(jīng)歷高溫固化后能夠轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機材料,耐高溫性能優(yōu)異,被廣泛應(yīng)用于陶瓷纖維及陶瓷復(fù)合材料等高溫材料領(lǐng)域[6-9]。近些年,隨著人們對聚硅氮烷性質(zhì)了解的不斷深入,國內(nèi)外的研究者開始將聚硅氮烷拓展應(yīng)用到其他材料領(lǐng)域,聚硅氮烷涂層材料就是其中重要的一個應(yīng)用分支[10]。聚硅氮烷樹脂結(jié)構(gòu)中的極性化學(xué)鍵可提高其與金屬表面的結(jié)合強度,而Si—N化學(xué)鍵優(yōu)異的耐熱性可以滿足高溫防護(hù)的應(yīng)用需求,并且,固化后的聚硅氮烷材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度密實,可以提供良好的氣體和潮氣阻隔功能[11],這些性能特點為其用作高溫涂層材料提供了巨大的優(yōu)勢[12-13]。Riberio等利用聚硅氮烷制備得到的抗氧化涂層可以在最高800 ℃下對碳基纖維進(jìn)行良好的防護(hù),顯著提高了碳基纖維的應(yīng)用溫度(從400 ℃提高到800 ℃)[14];Barroso等通過將活性填料與聚硅氮烷樹脂共混,制備了具有低熱導(dǎo)率的耐1000 ℃的防護(hù)涂層[13]。

        本工作結(jié)合上述氮化硼與聚硅氮烷的性能特點,充分利用其耐熱和阻隔性能,制備了聚硅氮烷/BN耐熱復(fù)合涂層材料,通過化學(xué)方法對BN表面進(jìn)行接枝改性,改善了BN在涂層材料中的分散,并對所制備涂層進(jìn)行了初步的性能研究。

        1 實驗材料與方法

        1.1 實驗材料

        (3-氨丙基)三乙氧基硅烷(硅烷偶聯(lián)劑KH550):純度為99%,西格瑪-奧德里奇公司;氮化硼(BN):純度為98%,西格瑪-奧德里奇公司;聚硅氮烷:DURAZANE 1500 RC,德國默克公司。

        1.2 涂層制備

        將樹脂與固體填料按照配方進(jìn)行準(zhǔn)確稱量后,混入一定比例的二氧化鋯研磨珠,裝入震蕩機專用的塑料杯中并旋緊杯蓋,在雙軸離心式混合震蕩機(Speedmixer DAC150)中以轉(zhuǎn)速3000 r/min研磨30 min,用粗篩網(wǎng)過濾后得到相應(yīng)的涂料樣品,隨后利用自制的涂膜制備儀,采用刮涂的方式將涂料刮涂在金屬試板上,金屬試板在使用前需用細(xì)砂紙進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蚰ゲ⒂帽潦酶蓛?,以提高涂層的附著力,涂覆有涂料的試板在通風(fēng)櫥內(nèi)自然干燥過夜以揮發(fā)溶劑,再在180 ℃烘箱中固化1 h,得到涂層樣板。

        1.3 分析測試

        BN水溶性測試:于透明玻璃樣品瓶中配置5 mg/mL的BN水溶液,超聲30 min后靜置過夜,觀察BN在水中溶解性,并拍照記錄;紅外測試采用TENSOR-27型紅外光譜儀,測試試樣通過粉末樣品與一定比例KBr研磨混勻后壓片制備;采用Ultra 55型電子顯微鏡(加速電壓:0.5~30 kV)對涂層的微觀形貌進(jìn)行表征,對于鋁試板為基材的涂層(BN在涂層中分布的試樣以軟質(zhì)的鋁為基材)橫截面測試試樣采用鉆石刀在超薄切片機進(jìn)行制備,最小程度減少制樣對橫截面的損傷,而對于鋼試板為基材的試樣(EIS和耐高溫測試的試樣)橫截面制備則先用環(huán)氧樹脂對小試片進(jìn)行包埋、固化固定,再通過打磨拋光的方法得到涂層與試板橫截面的SEM觀察樣品;采用配備有EDX探頭的FEI Tecnai G220透射電鏡對BN進(jìn)行元素分布分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 BN的改性與表征

        BN雖然具有很多良好性能,但其表面官能團(tuán)稀少,在有機溶劑中分散性差的問題一定程度上限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。為了發(fā)揮BN的性能優(yōu)勢,對其進(jìn)行表面改性非常必要[15]。如圖1所示,本實驗采用化學(xué)改性的方法對BN表面進(jìn)行接枝:氮化硼原材料BN-raw首先在5 mol/L NaOH溶液中于120 ℃反應(yīng)12 h,得到表面大量羥基修飾的BN-OH,隨后與硅烷偶聯(lián)劑KH550進(jìn)行接枝反應(yīng)得到BN-Si。圖2給出了改性前后BN納米片的微觀形貌圖,對SEM照片進(jìn)行觀察分析可知,化學(xué)改性過程對其微觀形貌并無明顯影響,BN依然保持著二維片狀結(jié)構(gòu)。但是水溶性測試結(jié)果卻顯示了明顯的差異性,改性前的BN表面少許—OH使其可以部分在水中分散,而改性后由于BN表面的大部分—OH基團(tuán)被硅烷偶聯(lián)劑分子接枝取代,疏水的烷基鏈降低了BN與水的相互作用,使得BN難以分散于水中而沉淀。

        圖1 氮化硼化學(xué)改性過程示意圖

        圖2 氮化硼改性前后微觀形貌及水溶性

        圖3給出了3種BN樣品的紅外譜圖,3種樣品在800 cm-1和1400 cm-1附近均出現(xiàn)同等強度的吸收峰,這兩處信號峰對應(yīng)于B—N的伸縮振動峰,表明化學(xué)改性過程中BN的主體結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化;與BN-raw和BN-OH不同的是,BN-Si樣品在2920,2840 cm-1和1100 cm-1位置新出現(xiàn)了幾個吸收峰,它們分別對應(yīng)于接枝烷基鏈上的—CH2—和Si—O化學(xué)結(jié)構(gòu);而在3200~3700 cm-1區(qū)間的寬吸收峰對應(yīng)于OH或NH2強絡(luò)合性基團(tuán),僅有少量OH基團(tuán)的BN-raw在此處的信號最弱,OH數(shù)量較多的BN-OH的信號強度居中,接枝了KH550的BN-Si由于NH2的引入使得其信號最強,這個結(jié)果與3種樣品的表面基團(tuán)是相互對應(yīng)的。因此,紅外光譜數(shù)據(jù)結(jié)果表明通過該化學(xué)改性的方法成功實現(xiàn)了對BN的表面接枝改性。

        圖3 氮化硼改性前后的紅外光譜

        除了利用紅外光譜表征BN結(jié)構(gòu),本工作還采用STEM&EDX表征手段對改性前后BN元素分布情況進(jìn)行分析,以進(jìn)一步確認(rèn)化學(xué)改性的有效性,結(jié)果如圖4所示。圖4(a)為改性前BN-raw的元素分布情況,氮(紅色信號)和硼元素(綠色信號)富集區(qū)域為BN納米片所在位置,相同位置處硅(紫色信號)和碳元素(黃色信號)信號很微弱,這微弱的硅和碳元素信號可能來自于制樣過程中的污染;圖4(b)中,改性后BN-Si樣品在氮、硼元素富集區(qū)域(即BN納米片)則出現(xiàn)了很強烈的來自于KH550中的硅和碳元素信號,因此,元素分析結(jié)果與紅外數(shù)據(jù)一致,表明已成功地將KH550烷基鏈接枝于BN表面。

        圖4 氮化硼改性前(a)和改性后(b)的STEM&EDX照片

        2.2 涂層的制備與表征

        聚硅氮烷作為一種陶瓷前驅(qū)體,在固化過程中的有機-無機轉(zhuǎn)化會使材料密度發(fā)生變化而引起超過50%的體積收縮[16],進(jìn)一步誘使材料發(fā)生應(yīng)力開裂,如何避免聚硅氮烷的應(yīng)力開裂是制備聚硅氮烷涂層必須解決的一個關(guān)鍵問題。

        由于聚硅氮烷樹脂固化過程中存在巨大的體積收縮,因而涂層中樹脂含量對于涂層整體的體積收縮影響很大,樹脂含量對涂層的影響主要體現(xiàn)在以下兩方面:(1) 樹脂含量過高,涂層整體的體積收縮大,收縮應(yīng)力高,容易發(fā)生應(yīng)力開裂;(2)樹脂含量過低,不足以完全包埋粉體,無法形成樹脂基體連續(xù)相,涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔,影響涂層性能。為探究獲得涂層最佳的樹脂含量,本實驗分別制備了不同樹脂含量的涂層,并對其表面微觀形貌進(jìn)行觀察。圖5為4種樹脂含量的涂層表面微觀形貌,當(dāng)樹脂含量為30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時,涂層表面疏松多孔;當(dāng)提高至40%時,表面狀態(tài)變好,孔洞消失,但表面依然特別粗糙,表面的納米粉體清晰可見,并未被樹脂包埋;進(jìn)一步提高至50%時,樹脂已經(jīng)能夠很好地包埋粉體,表面狀態(tài)更加密實;當(dāng)樹脂含量提高至60%,雖然涂層表面結(jié)構(gòu)進(jìn)一步密實,但應(yīng)力開裂的風(fēng)險也增大了,涂層開始出現(xiàn)裂紋。因此,本實驗確定最佳的樹脂含量為50%。

        圖5 不同樹脂含量涂層表面微觀形貌

        在確定樹脂類型與樹脂含量之后,將BN與聚硅氮烷樹脂進(jìn)行復(fù)合,制備涂層,并對由改性前后的BN制備得到的涂層進(jìn)行對比。圖6為聚硅氮烷/BN復(fù)合涂層橫截面的掃描電鏡微觀形貌圖,其中,圖6(a-1),(b-1)為ESB圖像,在ESB圖中,原子序數(shù)越小,圖像亮度越暗,而BN的原子序數(shù)在涂層的所有材料中最小,所以涂層中除背景以外亮度最低區(qū)域代表BN納米片所在位置。從ESB圖可以看出,未改性的BN-raw(圖6(a-1))在涂層中分散不好、聚集嚴(yán)重,呈團(tuán)簇狀。從SEM二次電子放大圖可以看到BN聚集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔(見圖6(a-2)紅色虛線標(biāo)注區(qū)域),這是由于未改性的BN與有機溶劑和樹脂的相互作用弱,導(dǎo)致樹脂難以浸潤BN表面而無法填補BN納米片間的縫隙,BN的聚集不但無法充分發(fā)揮BN的性能優(yōu)勢,甚至這種聚集會變成涂層中的缺陷而影響涂層的防護(hù)性能;改性后的BN-Si(圖6(b-1))則在涂層中分散良好,均勻地分布在涂層中,未發(fā)現(xiàn)大的聚集體,這說明BN的表面接枝改性明顯地改善了其在涂層中的分散情況,圖6(b-2)的SEM二次電子放大圖像中出現(xiàn)的空洞結(jié)構(gòu)為其他球形填料在切片制樣過程中脫落而形成的,非涂層自身的空洞缺陷。因此,改性后的BN可明顯改善其在涂層內(nèi)部分散性能。

        圖6 BN改性前后在涂層中的分布情況

        2.3 復(fù)合涂層的性質(zhì)

        對復(fù)合涂層進(jìn)行初步的性能研究。試板以鋼為基底,將涂覆有復(fù)合涂層的試板進(jìn)行電化學(xué)交流阻抗(EIS)測試,浸泡介質(zhì)為0.86 mol/L NaCl水溶液,在連續(xù)實驗1周后,涂層阻抗值一直在下降,而相位角則無規(guī)則變化,實驗數(shù)據(jù)無法套用任何等效電路模型。通過分析認(rèn)為,造成以上結(jié)果的可能原因是涂層自身疏水且不導(dǎo)電,腐蝕介質(zhì)無法穿透涂層,涂層在電路中相當(dāng)于一個阻抗無限大的元件,以至于超出儀器測試范圍,因而電化學(xué)測試儀器無法給出有效實驗數(shù)據(jù)。在經(jīng)歷EIS測試1周后涂層完好無損(見圖7),未發(fā)生腐蝕現(xiàn)象,這也間接地證明了以上推測結(jié)果的正確性:涂層中樹脂、BN及其他填料均為絕緣材料,涂層整體不導(dǎo)電,而硅氮烷樹脂的疏水性質(zhì)使腐蝕介質(zhì)無法滲透通過涂層。因此,以上的實驗表明復(fù)合涂層具有良好的阻隔屏蔽性能,可以有效隔絕腐蝕介質(zhì),從而實現(xiàn)對金屬基底的腐蝕防護(hù)。

        圖7 在0.86 mol/L的NaCl溶液中浸泡

        對復(fù)合涂層進(jìn)行高溫性能實驗,圖8是涂覆有復(fù)合涂層的試板和裸鋼試板在500 ℃空氣氣氛下烘烤24 h后橫截面的SEM照片。未涂覆涂層的裸鋼試板表面發(fā)生嚴(yán)重氧化,形成了一層十幾微米厚的氧化層,并且氧化層由于脆性而從鋼表面脫附;而涂覆有復(fù)合涂層的鋼試板未發(fā)現(xiàn)被氧化的痕跡,涂層與鋼試板的界面清晰完好,涂層附著力良好,該實驗結(jié)果顯示了復(fù)合涂層良好的耐高溫及抗氧化性能,能夠為金屬基材提供良好的高溫抗氧化防護(hù)。

        圖8 在經(jīng)歷500 ℃高溫環(huán)境24 h后鋼表面復(fù)合涂層(a)與裸鋼表面(b)界面形貌對比圖 (1)SE2照片;(2)ESB照片

        3 結(jié)論

        (1)采用化學(xué)方法對BN表面進(jìn)行接枝改性,多種表征手段顯示KH550已成功接枝于BN表面。

        (2)確定了復(fù)合涂層中聚硅氮烷樹脂的最佳用量為50%。

        (3)改性后的BN在復(fù)合涂層中的分散性能得到了有效改善。利用改性后的BN制備的聚硅氮烷/BN復(fù)合涂層,在500 ℃高溫環(huán)境下烘烤24 h后涂層完好、金屬基材未發(fā)生氧化,顯示出較好的耐高溫和抗氧化性能,在金屬材料的高溫防護(hù)領(lǐng)域具有良好的潛在應(yīng)用前景。

        猜你喜歡
        改性
        尼龍6的改性研究進(jìn)展
        P(3,4HB)/PHBV共混改性及微生物降解研究
        中國塑料(2016年12期)2016-06-15 20:30:07
        汽車用ABS/PC共混物改性研究進(jìn)展
        中國塑料(2016年2期)2016-06-15 20:30:00
        有機磷改性納米SiO2及其在PP中的應(yīng)用
        中國塑料(2016年2期)2016-06-15 20:29:59
        我國改性塑料行業(yè)“十二·五”回顧與“十三·五”展望
        中國塑料(2016年5期)2016-04-16 05:25:36
        三聚氰胺甲醛樹脂的改性研究進(jìn)展
        聚乳酸的阻燃改性研究進(jìn)展
        中國塑料(2015年3期)2015-11-27 03:41:38
        ABS/改性高嶺土復(fù)合材料的制備與表征
        中國塑料(2015年11期)2015-10-14 01:14:14
        聚甲醛增強改性研究進(jìn)展
        中國塑料(2015年9期)2015-10-14 01:12:17
        聚乳酸擴鏈改性及其擠出發(fā)泡的研究
        中國塑料(2015年4期)2015-10-14 01:09:19
        粉嫩小泬无遮挡久久久久久| 中文乱码字幕在线中文乱码 | 精品人妻av一区二区三区| 性无码专区无码| 欧美人与物videos另类xxxxx| 中文一区二区三区无码视频| 国产亚洲专区一区二区| 欧美激情肉欲高潮视频| 成年午夜无码av片在线观看| 探花国产精品三级在线播放| 日本国产一区在线观看| 免费观看mv大片高清| 无码国产色欲xxxxx视频| 国产精品av在线一区二区三区| 中文无字幕一本码专区| 特黄 做受又硬又粗又大视频| 中国老妇女毛茸茸bbwbabes| 婷婷色国产精品视频一区 | a午夜国产一级黄片| 日韩一区三区av在线| 久久国产成人精品国产成人亚洲 | 亚洲国产成人精品福利在线观看| 免费看男女啪啪的视频网站| 欧美性色欧美a在线播放| 少妇装睡让我滑了进去| 欧美日韩一线| 中文字幕人妻互换激情| 国产亚洲成av人片在线观黄桃| 国产一区二区三区av在线无码观看| 永久免费毛片在线播放| 在线观看国产激情视频| 日韩乱码人妻无码中文字幕久久| 亚洲中文无码久久精品1| 少妇激情一区二区三区| 亚洲av永久无码精品网站| 一本久久a久久精品亚洲| 久久国产A∨一二三| 91九色中文视频在线观看| 小sao货水好多真紧h无码视频| 日中文字幕在线| 国内揄拍国内精品久久|