热熔胶膜法制备硅硼改性酚醛树脂预浸料及复合材料

纤维增强酚醛树脂基复合材料具有易成型、加工周期短和隔热性能好等优点,可用作烧蚀型热防护材料。本文对热熔胶膜法制备的高硅氧/硅硼改性酚醛预浸料及其复合材料进行了研究。硅硼改性酚醛树脂具有优异的热稳定性,氮气气氛下,800℃残碳率高达75.3%。高硅氧/硅硼改性酚醛预浸料的百分流动度、挥发份和树脂含量分别为21.3%、5.7%和40.2%。对比溶液法制备预浸料成型的层压板,采用热熔胶膜法制备的高硅氧/硅硼改性酚醛复合材料层压板的弯曲强度和层间剪切强度分别提高了56.2%和22.1%。氧乙炔线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.0498mm/s和0.0506g/s。高硅氧/硅硼改性酚醛复合材料优异的耐烧蚀性能有助于降低热防护材料的厚度,减轻火箭、导弹等的总体质量,对提高武器装备的性能具有重要的意义。     

模压高碳酚醛树脂基烧蚀复合材料制备与成型

采用常规性能分析、傅里叶变换红外光谱分析、差示扫描量热分析、热重分析、凝胶渗透色谱分析等对模压高碳酚醛树脂进行表征,通过模压成型分别制备了碳纤维和高硅氧纤维增强模压高碳酚醛树脂复合材料,测试了不同成型压力下两种复合材料的力学性能和耐烧蚀性能,最后通过超声无损检测方法对复合材料密实度进行表征。结果表明,模压高碳酚醛树脂苯环上以邻位取代为主,其游离酚和游离醛含量较低,180℃的凝胶时间低于50 s,适用于较高温度下的快速模压成型工艺;该树脂分子量小,对纤维的浸润性好,适宜的固化温度为(190±5)℃,900℃的残炭率可达67.13%。随成型压力增加,碳纤维和高硅氧纤维增强复合材料的拉伸和弯曲性能均逐渐提高,但当成型压力大于45 MPa后,增加趋势变缓;当成型压力为45 MPa时,两种复合材料具有最好的耐烧蚀性能,其中碳纤维增强复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.006 8 mm/s和0.055 9 g/s,高硅氧纤维增强复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.116 4 mm/s和0.070 8 g/s。通过超声无损检测方法可以初步判断碳纤维增强复合材料的密实度。     

耐烧蚀承力格栅成型工艺研究

本文介绍了新型承力格栅的研制,选用镁酚醛树脂作基体,4114纱无碱玻璃纤维预浸料和预混料混合增强材料,模压成型的工艺方法,使产品具有耐烧蚀,高强度,抗冲刷等性能。     

特种酚醛树脂基烧蚀复合材料的研究

对T-700碳纤维(T-700CF)、特种玻璃纤维(HSGF)、S-2高强玻璃纤维(S-2GF)、连续玄武岩纤维(CBF)的基本力学性能和热性能进行了研究和对比,同时对T-700CF、HSGF、S-2GF、CBF增强特种酚醛树脂1(PR1)复合材料的力学性能和烧蚀性能进行了对比,探讨了PR1/CBF的烧蚀机理。结果表明,PR1/T-700CF的弯曲性能和烧蚀性能最佳;PR1/CBF次之,能够取代PR1/S-2GF和PR1/HSGF;PR1/CBF的氧-乙炔烧蚀过程中主要存在着材料吸热、基体材料与气流的热化学反应、热辐射效应、增强材料的熔化和升华、高速粒子和气流冲刷、机械剥离等烧蚀机理。     

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...     

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。     

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。     

耐烧蚀硅橡胶复合材料的研制

以苯基硅橡胶为基体,研究了氧化锆、短切碳纤维、碳纳米管、芳纶纤维不同填料对硅橡胶复合材料力学性能和烧蚀性能的影响。结果表明,同条件下以短切碳纤维为填料的复合材料耐烧蚀性能最佳。随着短切碳纤维用量的增加,复合材料烧蚀率逐渐降低,硬度逐渐升高,拉伸强度逐渐减小,拉断伸长率逐渐降低。     

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。     

椰壳纤维/玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料的性能研究

以椰壳纤维和玻璃纤维为增强材料，以酚醛树脂为基体，经非织造工艺制备预成型件，采用模压成型工艺制备不同纤维体积分数的复合材料，分别对复合材料的力学性能、吸湿性能及耐热性能进行测试。结果表明：提高椰壳纤维/玻璃纤维含量可有效提高复合材料的拉伸强度和拉伸模量。当纤维含量达60%时，复合材料的拉伸性能达到最大。当纤维含量达70%，复合材料的抗弯性能最好。对椰壳纤维材料碱预处理能够有效提高材料的力学性能。综合成本及材料特性，材料最优制备工艺为椰壳纤维/玻璃纤维的体积比为1∶1，纤维含量为70%。当纤维含量为70%，椰壳纤维/玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料的冲击强度最高为1.62 J/mm²。椰壳纤维的添加提高了材料在自来水、蒸馏水和海水等介质中的吸湿效率，但降低材料在250～550℃区间的热稳定性。     

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。     

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。     

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。     

三维针刺C/(SiC-TaC)复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理

为了提高连续碳纤维增强碳化硅(SiC)复合材料的抗烧蚀性能,采用浆料浸渗结合化学气相浸渗SiC工艺制备出三维针刺碳纤维增强SiC-碳化钽(TaC)复合材料.采用氧-乙炔烧蚀试验测试复合材料烧蚀性能,用扫描电子显微镜分析烧蚀后材料表面的微观形貌,用X射线衍射、表面能谱分析对材料烧蚀后成分进行分析表征.结果表明:C/SiC-TaC)复合材料线烧蚀率为0.07mm/s,相对C/SiC复合材料而言表现出较好的抗烧蚀能力,添加TaC有助于提高C/SiC复合材料抗烧蚀性能.在中心区域,出现明显烧蚀坑,纤维与基体被致密的Ta2O5层覆盖,起到保护C纤维和基体的作用,复合材料的烧蚀以升华、氧化和机械剥蚀为主.在边缘和过渡区域,烧蚀以热化学氧化烧蚀为主.     

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。     

一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法

正一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法,其中该复合材料主要是由硅橡胶100质量份、白炭黑10～40质量份、聚芳基乙炔0～50质量份、碳纤维布1～30质量份、短切碳纤维0～40质量份、无机耐烧蚀填料5～40质量份、结构化控制剂0.5～10质量份、偶联剂1～10     

高超音速弹用承载/烧蚀一体化复合材料弹翼研究

本文针对某型导弹的复合材料弹翼结构进行了设计,根据其耐烧蚀性能及刚度性能要求,提出外层铺放一层耐烧蚀功能层材料,内层铺放承载层材料,功能层与承载层采用共固化的模压成型工艺方案。通过烧蚀试验证明硼酚醛树脂的耐烧蚀性能较好,因此采用硼酚醛树脂预浸料作为弹翼功能层,以环氧树脂预浸料作为承载层;制备弹翼,对其进行烧蚀及力学性能试验,结果均满足要求;通过ABAQUS有限元分析软件,对弹翼力学性能进行数值模拟,最大变形量位于弹翼后上部,仿真结果与试验结果吻合较好,误差率为6.47%。与传统铝合金弹翼进行对比,采用复合材料弹翼可以减重42.8%,优势明显。     

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。     

S-157酚醛树脂/CBFTC复合材料的研究

制备了连续玄武岩纤维平纹布(CBFTC)增强S-157酚醛树脂复合材料。研究了树脂含量对S-157酚醛树脂/CBFTC复合材料力学性能和烧蚀性能的影响,并借助扫描电子显微镜对复合材料断面的微观形貌进行了分析,同时将S-157酚醛树脂/CBFTC复合材料与S-157酚醛树脂/高强玻璃纤维平纹布(GFTC)复合材料进行了性能对比。结果表明,树脂含量在30%时S-157酚醛树脂/CBFTC复合材料的力学性能和烧蚀性能最佳;S-157酚醛树脂/CBFTC复合材料比S-157酚醛树脂/GFTC复合材料具有更好的力学性能和烧蚀性能。     

对高硅氧纤维耐烧蚀材料的几点探讨

对比了高硅氧纤维与碳纤维等材料的耐热处理复合材料性能,指出高硅氧纤维烧蚀材料有自身优势,并且从纤维的生产、纺织加工与基材复合等方面叙述了高硅氧纤维烧蚀材料的发展趋势。