国家标准项目《聚碳硅烷》由 TC425(全国宇航技术及其应用标准化技术委员会)归口,TC425SC6(全国宇航技术及其应用标准化技术委员会航天材料与工艺分会)执行 ,主管部门为国家标准委。
主要起草单位 福建立亚化学有限公司 、福建立亚新材有限公司 、苏州赛力菲陶纤有限公司 、宁波众兴新材料科技有限公司 、淄博市临淄齐泉工贸有限公司 、中国科学院化学研究所 、中国科学院宁波材料所 、航天材料及工艺研究所 、航天特种材料及工艺技术研究所 、中国航空制造技术研究院 。
| 49 航空器和航天器工程 |
| 49.025 航空航天制造用材料 |
| 49.025.99 其他材料 |
范围:规定了聚碳硅烷的要求、检验方法、检验规则、标志、标签和随行文件、包装、运输和贮存等内容。适用于制备碳化硅陶瓷基复合材料基体、碳化硅纤维、氮化硅纤维的聚碳硅烷的检验和交收。 主要技术内容:包括聚碳硅烷的要求、检验方法、检验规则、标志、标签和随行文件、包装、运输和贮存等内容。具体如下:(1)技术要求:聚碳硅烷项目中规定了外观、软化点和熔程、粘度(25℃)、氧含量或裂解产物氧含量、数均分子量和分散度、陶瓷产率(900℃,惰气)的技术要求,这些技术要求对聚碳硅烷的本征性能、热性能及高温转化性能进行测试与评价,可以满足对聚碳硅烷的质量进行合格评定。聚碳硅烷的技术要求充分考虑了国内聚碳硅烷当前生产技术的最普遍和最先进的技术水平、质量水平和检验水平,立足于用户需求,以推动产品广泛应用为导向,对技术要求进行充分调研。(2)软化点和熔程的测试方法:软化点是固态聚碳硅烷的重要性能指标,是描述物质在加热过程中的变化,软化点是物质开始变软、开始融化的温度,终熔点是物质融化结束的温度,物质从开始融化至融化结束的温度区间为熔程。软化点和熔程的测试方法目前主要有毛细管测定法、显微镜热板测定法等,其中毛细管法分为目测法和仪器法。软化点和熔程的测定采用毛细管法,用熔点仪测试。测试方法参照GB/T 21781《化学品的熔点及熔融范围试验方法 毛细管法》,并规定了测试样品的粒径尺寸,样品在毛细管填充的高度以及样品的升温速率等测试条件。本标准规范了测试条件,采用熔点仪测试,具有可严格操控、重复性好、检测效率高、适用范围广等优点。(3)粘度的测试方法:粘度是液态聚碳硅烷的重要性能指标,是指流体对流动所表现的阻力。粘度的测试采用旋转粘度计法测试,参照GB/T 22235《液体黏度的测定》。液态聚碳硅烷的粘度<100mPa·s,推荐采用Brookfield 公司DV系列旋转粘度计,并采用ULA转子,转速控制在5~80rpm。Brookfield 公司DV系列旋转粘度计,主要针对低粘度样品测试,搭配上ULA适配器,用ULA适配器和ULA转子,使得测试粘度的范围最低可达1mPa·s,可对低粘度样品进行精确而重复的测量,且样品量仅需16mL,大大降低测试成本。(4)氧含量和裂解产物氧含量的测试方法:聚碳硅烷的氧含量越高,则陶瓷化后的制品的氧含量也越高。氧元素是影响制品强度和高温抗氧化性的主要因素,氧含量高会导致制品的强度和抗氧化性能降低。在高温条件下,氧会参与热分解反应变成小分子逸出,导致制品出现龟裂、裂纹等缺陷,从而破坏制品的内部结构,影响制品的强度,进一步影响抗氧化性能。氧含量和裂解产物氧含量采用脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法,参照GB/T 16555《含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化学分析方法》。根据聚碳硅烷和聚碳硅烷裂解产物性质的不同,规定了试样的制备方式和分析功率等测试条件。(5)数均分子量和分散度的测试方法:数均分子量和分散度是聚碳硅烷的重要性能指标。聚碳硅烷是一种以碳和硅为主链的有机硅聚合物,其性能与分子量大小和分子量分布情况呈现一定程度的相关性,分子量大小和分子量分布对制品的性能影响巨大,对制品的强度有非常直接的影响。数均分子量和分散度采用凝胶渗透色谱法,参照GB/T 21863《凝胶渗透色谱法(GPC) 用四氢呋喃做淋洗液》。根据聚碳硅烷的数均分子量及其分布,推荐了色谱柱、标样和柱温箱等测试条件。通过推荐的色谱柱及标样,能够准确的测出聚碳硅烷的数均分子量和分散度。(6)陶瓷产率的测试方法:陶瓷产率是聚碳硅烷转化为陶瓷的转化率。聚碳硅烷作为前驱体,在一定条件下固化,然后在一定温度和气氛下裂解转化为无机陶瓷,由有机聚合物向无机陶瓷转化中会放出小分子,形成气孔,体积收缩,因此需通过重复浸渍裂解最终制得致密陶瓷材料。陶瓷产率高,意味着裂解挥发成分少,对成型陶瓷的烧成质量尤为重要,同时高陶瓷产率减少了重复浸渍裂解次数,缩短了浸渍裂解周期,减少了热解中纤维受到的热损伤。陶瓷产率的测试方法分为热重分析法和管式炉法。热重分析法参照GB/T 27761《热重分析仪失重和剩余量的试验方法》。根据聚碳硅烷的产品特性,规定了进样量、样品处理方式和取样法以及测试前需要排除系统中的氧。另外还规范了升温程序,使得测试更加规范,可严格操控。管式炉法采用管式炉测试,编写了规范性附录《聚碳硅烷陶瓷产率测试方法 热重分析法》用于规范测试。管式炉法为目前用户单位和科研单位常用的方法,规范了样品的制备方式、样品量、惰性气体的流量、升温程序等测试条件,使得测试具有可严格操控,适用范围广等优点。为了聚碳硅烷不被氧化,以测试的惰气流速吹扫管式炉1h以排除系统中的氧气。