高强度-中密度纳米孔树脂基防隔热复合材料的制备与性能

针对新一代航天器长时防隔热-高气动剪切的防热需求,以杂化酚醛树脂为基体、纤维布/纤维网胎逐层针刺结构为增强体,通过溶胶-凝胶工艺,制备出一种中密度-高强度-防隔热一体化的纳米孔树脂基复合材料(IPC-90),系统研究了石英纤维(QF/IPC-90)和碳纤维(CF/IPC-90)对复合材料的微观结构、力学性能、静态隔热和烧蚀性能的影响,探讨了其在低-中-高温度下的烧蚀机制。结果表明：纤维布的引入使IPC-90具有优异的力学性能(拉伸曲强度 >120 MPa,弯曲强度 >90 MPa);纳米孔基体和纤维网胎的引入使IPC-90在中密度(~0.95 g/cm³)下具有较低的热导率(室温热导率依次为0.089 W/(m∙K)和0.120 W/(m∙K))。在1000℃静态隔热试验中,两种材料均展现了较好的热稳定性和抗氧化性,其等效热导率分别为0.142 W/(m∙K)和0.186 W/(m∙K)。在2000℃以下氧-丙烷烧蚀试验中,QF/IPC-90和CF/IPC-90的烧蚀主要由基体热解、炭化收缩引起,其1600℃下的线烧蚀率依次为0.0208 mm/s和0.0133 mm/s;在2000℃ 以上氧-乙炔烧蚀试验中,CF/IPC-90的烧蚀由表面超高温炭化-升华主导,而QF/IPC-90则因石英纤维熔融导致其抗烧蚀性下降较为明显,两者在4.2 MW/m²下的线烧蚀率依次为0.073 mm/s和0.186 mm/s。