某火箭发动机喷管扩散段烧蚀材料选材

为解决某总体单位提出的某战术导弹火箭发动机喷管扩散段结构及热环境工况要求，进行了扩散段用烧蚀材料试验对比筛选。对短切碳纤维增强酚醛树脂复合材料预浸料和高硅氧玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料预浸料进行研究，分析不同材料的拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和线烧蚀率，制备产品样件进行水压爆破试验，分析不同纤维长度以及不同纤维种类对产品抗压强度的影响，并通过发动机地面静试研究扩散段烧蚀材料适用情况。结果表明，虽然酚醛树脂/短切碳纤维复合材料的力学性能及耐烧蚀性能均优于酚醛树脂/长丝高硅氧玻璃纤维复合材料，但在发动机温度低于2 000℃、固体粒子含量较多且燃气流速度较大的部位，酚醛树脂/短切碳纤维复合材料的耐冲刷性能较差，无法满足使用要求，酚醛树脂/长丝高硅氧玻璃纤维复合材料耐烧蚀及抗冲刷性能更优异，可满足使用要求。进一步探讨了在特定热、力环境下不同纤维增强体烧蚀材料的热防护机理机制，通过发动机试验进行了选材方案验证，为特定热环境烧蚀材料选用提供了理论及应用依据。     

一种RTM用耐烧蚀改性酚醛树脂性能研究

对一种新型改性酚醛树脂的粘度特性、耐热性和耐烧蚀性能及其复合材料的性能进行了研究,得出该树脂体系的粘度在60~120℃的范围内均小于800m Pa·s,且在70℃、80℃时工艺适用期大于150min;其玻璃化温度Tg为253℃,氮气气氛800℃残炭率可达到67.1%,质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.0766g/s、0.119mm/s;RTM成型碳纤维增强改性酚醛树脂复合材料的层间剪切强度和轴向压缩强度分别可达39.3MPa和177MPa,氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.044mm/s、0.0762g/s。结果表明,该种树脂体系具有粘度低、工艺适用期长以及良好的耐热性和耐烧蚀性能,能很好地满足RTM工艺的要求,且其碳纤维针刺复合材料具有作为耐烧蚀材料的潜质。     

2.5D碳/酚醛模压复合材料的性能研究

采用真空浸胶技术和模压成型工艺研制2.5D编织碳纤维/酚醛新型树脂基防热复合材料,对材料的拉伸性能、烧蚀性能和热常数等进行了测试。结果表明:2.5D碳/酚醛模压复合材料拉伸强度为424 MPa、拉伸模量为66.4 GPa,氧-乙炔线烧蚀率为0.013 mm/s,质量烧蚀率为0.049 g/s,比热容大于1.1 J/(g·K),导热系数小于0.6 W/(m·K),与传统的短纤维、碳布增强的酚醛模压材料相比,2.5D碳/酚醛模压复合材料具有较好的综合性能,可作为结构防热一体化复合材料。     

低密度高硅氧纤维/酚醛树脂基复合材料制备及性能研究

本文分别以高硅氧纤维毡、600℃热处理的高硅氧纤维毡以及高硅氧-玻璃纤维复合毡为增强体,以低密度酚醛树脂为基体,通过RTM工艺制得密度为0.6 g/cm³的低密度高硅氧纤维增强酚醛树脂复合材料,研究了高硅氧纤维毡600℃热处理和在高硅氧纤维毡中掺混20 wt%玻璃纤维等两种方法对材料抗烧蚀性能、热物理性能、力学性能以及微观结构的改善效果。结果表明,热处理工艺对抑制高硅氧纤维增强酚醛树脂复合材料的热收缩效果较优,其室温至50℃、室温至150℃和室温至300℃条件下的线胀系数分别为4.87×10^-6/℃、-3.41×10^-6/℃和-6.88×10^-6/℃,材料的抗烧蚀隔热性能也较优,氧乙炔焰线烧蚀率为0.238 mm/s, 150℃条件下的热导率为0.100 W/(m·℃),材料也具有较好的力学性能,拉伸强度为7.45 MPa,拉伸模量为1.11 GPa,断裂伸长率为0.5%。SEM分析表明,高硅氧纤维的刻蚀缺陷、基体的多微孔结构是导致材料热收缩的主要原因,纤维高温热处理是解决高硅氧纤维及复合材料热收缩...     

碳布增强聚芳基乙炔新型防热材料

本文研究了新型高碳聚芳基乙炔树脂(PAA)的成碳率及其碳布增强防热材料(2DC/PAA)成型工艺,对复合材料的性能进行了表征.结果表明,聚芳基乙炔树脂的成碳率高于酚醛树脂,C/PAA材料烧蚀性能优异,氧-乙炔线烧蚀率0.004mm/s;但材料机械性能较低,剪切强度仅为5.8MPa.     

石英纤维增强可瓷化硼酚醛耐烧蚀复合材料研究

以硼酚醛树脂为基体,石英纤维为增强体,氧化硅、石墨及云母为陶瓷填料制备了可瓷化复合材料。通过1 400℃下烧结前后材料的力学性能测试、氧-乙炔焰(2 100℃)烧蚀性能测试,扫描电镜、热重分析及X射线衍射分析研究了不同含量陶瓷填料对石英纤维增强可瓷化硼酚醛树脂复合材料性能的影响。结果表明,常温下石英纤维增强可瓷化硼酚醛树脂复合材料的弯曲强度随着陶瓷填料含量的增加呈先升高后降低的趋势,最高可达到220.62 MPa,经过1 400℃马弗炉烧蚀后,弯曲强度最高可达19.10 MPa。随着陶瓷填料含量的增加,复合材料的耐烧蚀性能提高,质量烧蚀率和线烧蚀率最低可分别达到0.050 g/s和0.0187 mm/s。陶瓷填料经1 400℃高温处理后在一定程度下可生成SiC,使材料转变为含碳化硅的陶瓷基复合材料,提高了复合材料的弯曲强度、耐烧蚀性和耐高温性。与通常碳化硅陶瓷复合材料相比,该制备工艺简单,可大规模生产,实现了陶瓷基复合材料的低成本化。     

低压成型钡酚醛增强玄武岩纤维防热复合材料研究

对低压成型钡酚醛树脂进行了性能表征,介绍了连续玄武岩纤维平纹布增强钡酚醛复合材料(CBFTC/BPF)的制备,同时研究了层压成型工艺对复合材料力学性能和烧蚀性能的影响。结果表明:当树脂质量分数(含量)为30%、预固化温度为120℃、固化温度为155℃、固化压力为3.5 MPa、固化时间为7.5 min·mm~(-1)时,CBFTC/BPF复合材料的力学性能和烧蚀性能最好,此时复合材料的弯曲强度为388 MPa,弯曲模量为30.3 GPa,线烧蚀率为0.100 3 mm·s~(-1),质量烧蚀率为0.079 1 g·s~(-1)。     

高硅氧-碳纤维增强酚醛树脂复合模压制品工艺研究

本文开发了以碳纤维酚醛树脂层为耐烧蚀层,高硅氧纤维酚醛树脂层为绝热层的模压制品。该制品为内外复合模压结构,对其模具设计、成型工艺进行了研究,确定了装料温度、加压温度、升温速率、固化温度,并对该复合制品的性能进行了测试对比。结果表明：使用该方法的制品比通过胶粘剂粘接为一体的制品界面剪切强度高。     

RTM用酚醛树脂热化学行为及其复合材料性能研究

研究了一种适用于RTM成型工艺用酚醛树脂的DSC、TG、Tg和粘温特性等热化学行为,在分析其工艺适应性的基础上制备了碳纤维针刺预制体RTM成型复合材料,对复合材料的力学性能、热物理性能及烧蚀性能进行了测试。结果表明,复合材料层间剪切强度为32.4MPa,200℃的比热容为1530J/(kg·K),25~200℃线膨胀系数为-0.234×10-6/℃,线烧蚀率为0.069mm/s,质量烧蚀率为0.0926g/s,表现出了作为热防护材料的良好特性。     

玄武岩纤维/酚醛树脂基复合材料性能研究

对玄武岩纤维增强酚醛树脂基复合材料进行了实验研究。制备了连续玄武岩纤维平纹织物增强酚醛树脂复合材料。研究了胶含量对玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料拉伸、压缩和层间剪切强度等力学性能、耐烧蚀性能的影响。利用SEM对复合材料压缩、层间剪切破坏断口和烧蚀试样的微观形貌进行了分析。研究结果表明,玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料具有较好的界面性能,树脂含量在36%时CBF/酚醛树脂复合材料的力学性能最佳,线烧蚀性率和质量烧蚀率最低。     

贯穿钢针对酚醛树脂基复合材料防热性能的影响研究

采用烧蚀率作为综合评价指标,研究了贯穿钢针对高硅氧纤维纱/酚醛树脂复合材料烧蚀性能的影响.并利用X射线对烧蚀前的试样进行了无损检测.最后,采用扫描电子显微镜对烧蚀后复合材料的表面形貌进行了分析测试,并初步探讨了贯穿钢针对复合材料烧蚀防热性能的影响机理.结果表明:贯穿钢针增大了复合材料的烧蚀率,但不会发生烧穿现象.     

铁路建设轨枕用高性能复合材料的制备与应用研究

采用薄膜层叠模压成型工艺制备铁路建设轨枕用高性能碳纤维织物/聚碳酸酯复合材料,研究模压温度、模压压力和模压时间对复合材料宏观形貌、拉伸性能和冲击性能的影响。结果表明,从碳纤维/聚碳酸脂复合材料的宏观形貌上看,模压温度、模压压力和模压时间分别应该控制在245℃及以下、6 MPa及以下和10 min及以下;从碳纤维/聚碳酸酯复合材料的力学性能上看,轨枕用高性能复合材料的最佳制备工艺：模压温度245℃、模压压力6 MPa、模压时间10 min,复合材料的0°、45°拉伸强度分别为377、99 MPa,冲击功为1.36 J。     

纳米改性碳/酚醛树脂基复合材料性能研究

针对碳/酚醛树脂基复合材料层间剪切强度低的缺点,采用纳米填料进行改性。测试了2种纳米填料(纳米碳纤维、碳纳米管)改性后酚醛树脂的热解性能,研究了纳米填料对复合材料力学性能、烧蚀性能以及高温炭化后力学性能的影响,并观察分析了复合材料测试后的微观形貌。研究结果表明,纳米填料改性后,复合材料的力学性能、烧蚀性能均有所改善。其中,纳米碳纤维改性后复合材料的常温层间剪切强度达到24.9 MPa,氧乙炔线烧蚀率为22.75μm/s,质量烧蚀率为23.58 mg/s。纳米碳纤维表面粗糙,与树脂基体的界面强度高,因此其改性后的力学性能和烧蚀性能优于碳纳米管。     

健身器械用碳纤维复合材料成型与性能研究

研究了模压温度、模压压力和模压时间对健身器械用碳纤维/聚碳酸酯复合材料宏观形貌、0°和45°方向拉伸性能和冲击性能的影响。结果表明,随着模压温度的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料的拉伸强度和冲击功呈现先增加而后减小的特征,在模压温度为240℃时取得最大值;随着模压压力的升高,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,当模压压力为6MPa,碳纤维/聚碳酸酯复合材料具有最佳拉伸强度和冲击韧性结合。随着模压时间的延长,碳纤维/聚碳酸酯复合材料在0°和45°方向的拉伸强度都呈现先增加而后减小的特征,在模压时间为10min时取得最大值。碳纤维/聚碳酸酯复合材料的适宜的模压成型工艺参数为:模压温度240℃、模压压力6MPa、模压时间10min。     

一种装饰用碳纤维复合材料锻造成型新工艺及拉伸性能研究

为了提升室内设计中碳纤维复合材料的拉伸性能,提出一种锻造成型的新工艺。研究了模压压力、加压温度、固化温度、保温时间等参数对碳纤维复合材料拉伸性能的影响。结果表明,随着模压压力、加压温度、固化温度、保温时间增加,碳纤维复合材料的拉伸强度和标准化拉伸强度先增大后减小;适宜的碳纤维复合材料的成型工艺参数为：模压压力为10 MPa、加压温度110℃、固化温度140℃、保温时间30 min;碳纤维复合材料拉伸过程中主要有3种破坏形式：纤维拔出、树脂断裂和内聚破坏,最佳工艺参数下碳纤维复合材料的断裂方式为内聚破坏。     

高性能酚醛树脂基烧蚀复合材料的研究

本文采用DSC、TG和GPC等测试方法对硼酚醛树脂和S-15X酚醛树脂的固化工艺、热失重特性、分子量及其分布进行了表征和对比,在此基础上对比研究了连续玄武岩纤维、S-2高强玻璃纤维、高硅氧纤维、碳纤维增强硼酚醛树脂和S-15X酚醛树脂复合材料的烧蚀性能和弯曲性能,最后考察了脱模剂对硼酚醛树脂复合材料压制工艺的影响。研究结果表明：硼酚醛树脂复合材料的烧蚀性能、弯曲性能都要优于S-15X酚醛树脂复合材料,通过使用PMR、MIRROR GLAZE代替硬脂酸作为外脱模剂,19W RELEASE代替油酸作为内脱模剂,能良好的解决硼酚醛树脂复合材料压制工艺问题。     

高碳酚醛树脂及其复合材料的炭化性能演变

碳纤维增强酚醛树脂基复合材料是制备C/C复合材料的前驱体,但是目前所应用的酚醛树脂残炭率较低,浸渍炭化周期过长,工艺成本过高,限制了C/C复合材料在民用领域的大规模应用。因此,研究新型的高碳酚醛树脂及其作为基体的复合材料在炭化过程中的性能演变情况,可以有效促进酚醛树脂在C/C复合材料生产中的应用。本文探究了高碳酚醛树脂及其复合材料的炭化性能,研究了高碳酚醛树脂的结构、固化、耐热性,对高碳酚醛树脂及其碳纤维增强复合材料的炭化后性能进行了研究。研究结果表明:高碳酚醛树脂具有较普通酚醛树脂更高的残炭率;当炭化温度过高时,会出现无规则的非晶态的碳颗粒,影响材料的有序性、显气孔率等。在1000℃下炭化,会得到较为优异的孔隙率,利于后续制备工艺的进行。     

高温处理对酚醛树脂基复合材料性能的影响

以自制的酚醛树脂(PF)为基体,玻璃纤维布(GFC)、高硅氧玻璃纤维布(HSGFC)和碳纤维布(CFC)为增强体,采用铺层模压法制备了PF/GFC,PF/CFC和PF/HSGFC复合材料,并在200~800℃范围内对复合材料进行了高温处理,研究了不同处理温度对这3种复合材料失重率和力学及烧蚀性能影响。结果表明,当处理温度高于400℃后,3种复合材料的失重率随处理温度升高逐渐增大,其中,PF/CFC的失重率最大,而PF/GFC的失重率最低;但800℃下3种复合材料的失重率均在10%以下。随处理温度升高,3种复合材料的弯曲强度、压缩强度、拉伸强度总体上均先增大后减小,当处理温度为400℃达到最大,烧蚀性能具有与力学性能相反的变化趋势。在400℃的处理温度下,PF/GFC的弯曲强度、质量烧蚀率和线烧蚀率最高,拉伸强度最低;PF/CFC的压缩强度、拉伸强度最高,线烧蚀率最低;而PF/HSGFC的压缩强度和弯曲强度最低,其质量烧蚀率也最低。     

含硼硅酚醛树脂的制备及耐热性研究

酚醛树脂由于成型工艺简单、成本低和具有优异耐烧蚀性能而被广范应用于航空航天和武器装备等领域。为了进一步提高酚醛树脂的耐热性，分别采用两种方法制备含硼硅酚醛树脂，研究发现，分两步将硼元素和硅元素分别以B—O—C结构和Si—O—B耐高温结构引入酚醛树脂中，制备的含硼硅酚醛树脂耐热性和力学性能均得到改善。通过研究发现，相比于未改性酚醛树脂，含硼硅酚醛的耐热性、层间剪切强度和弯曲强度均提高，当使用甲基三乙氧基硅烷制备含硼硅酚醛树脂时，其固化物在T_5%、T_10%、T_max和R_800℃分别为416.13℃、543.62℃、567.11℃和75.99%，分别提高了95.7℃、104.5℃、29.3℃和17.94%。制备的玻璃纤维增强含硼硅酚醛树脂复合材料的层间剪切强度从16.8 MPa增加至28.6 MPa，弯曲强度从132.5 MPa提高至261.9 MPa。     

醋酸锆改性酚醛树脂复合材料的性能研究

以玻璃纤维(GF)为增强材料,制备了玻纤/醋酸锆改性酚醛树脂(GF/ZPF)复合材料,考察了树脂中锆含量对复合材料弯曲强度、线烧蚀率的影响以及复合材料线烧蚀率和烧蚀形貌随烧蚀时间的变化。结果表明,ZPF在1000℃的残炭率为68.7%,相比纯酚醛树脂(PF)提高了21.7%;当树脂中锆含量为14%时,GF/ZPF复合材料的弯曲强度达到最高值642MPa;当锆含量由10%增加到15%时,GF/ZPF复合材料的线烧蚀率由0.0305mm/s降低到0.0208mm/s;随着烧蚀时间的延长,GF/ZPF复合材料的线烧蚀率基本没有变化,表明GF/ZPF复合材料具有优异的耐烧蚀性能。