新型碳/聚硅乙炔基防热复合材料的制备与性能

以聚硅乙炔树脂(PMR)为基体制备出了一种新型的碳/聚硅乙炔基防热复合材料(C/PMR),并全面评价了树脂基体的固化性能、耐热性能、以及复合材料的界面性能、力学性能与烧蚀性能。结果表明:PMR固化物具有比酚醛更高的耐热稳定性,其在N2下的5%热失重温度(T5)为608℃,900℃下的残重高达89.7%(酚醛约65%)。复合后,C/PMR单向板的剪切强度为22MPa,织物增强型C/PMR的拉伸强度、弯曲强度和线烧蚀速率分别为187MPa、96MPa和0.46mm/s。     

钼酚醛树脂的热性能和烧蚀性能的研究

采用DSC方法研究了新型钼酚醛树脂的固化行为和固化反应动力学,用TG方法研究了固化产物的热降解性能,并进行了钼酚醛复合材料的高温烧蚀试验和高焓条件下的烧蚀试验。结果表明,No.2钼酚醛树脂,当树脂、固化剂配比为100/10时,固化温度最低,固化反应表现活化能最小,产物的热稳定性最佳,成炭率最高。同时表明,钼酚醛复合材料的高温烧蚀性能良好,特别是在高热通量条件下,性能更佳。     

ZrB2和POSS对碳布/酚醛复合材料烧蚀性能的影响

以ZrB2为改性剂,采用热压工艺制备了碳布/酚醛复合材料,通过氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的烧蚀性能进行了研究,利用扫描电镜和能量色散谱仪对复合材料烧蚀形貌和成分进行了分析。结果表明:经氧/乙炔焰烧蚀后,在复合材料表面形成了一层陶瓷层,其质量烧蚀率为0.04585g/s,线烧蚀率为-0.013mm/s,经二次烧蚀后,复合材料的质量烧蚀率为0.0096g/s。当ZrB2和POSS配合使用改性碳布/酚醛复合材料时,碳布/酚醛复合材料的质量烧蚀率可达0.025g/s,二次质量烧蚀率可达0.0089g/s。     

碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料性能研究

介绍了一种碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能研究情况.对该复合材料的力学性能、热常数和烧蚀性能进行了初步测试.结果表明,其拉伸强度达到558MPa,拉伸模量达到44.0GPa,层间剪切强度为16.6MPa,导热系数不超过0.3 W/(m*K),氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.049mm/s,质量烧蚀率为0.0595g/s.通过与常用的碳/酚醛材料比较,碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能较优.     

碳纤维丝束结构对碳纤维/酚醛复合材料烧蚀性能的影响EI北大核心CSCD

以酚醛树脂为基体,以平纹碳布和短切碳纤维两种结构形式的碳纤维为增强剂,制备碳纤维增强的碳/酚醛复合材料。采用氧/乙炔烧蚀实验对复合材料的耐烧蚀性能进行了对比性研究,采用电子拉力试验机对复合材料的弯曲性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料烧蚀形面进行观察,并通过固体火箭发动机对复合材料的烧蚀性能进行考核验证。研究结果表明:以这两种结构形式的碳纤维为增强剂制备的碳/酚醛复合材料,其氧乙炔质量烧蚀率的大小与碳纤维丝束的大小具有正相关的特性,碳纤维丝束越小碳纤维质量烧蚀率越低,当碳纤维增强剂处于单丝状态时,复合材料的氧乙炔质量烧蚀率达到最低为0.046 g/s,并且碳纤维的型号规格对复合材料氧乙炔质量烧蚀率的影响变小。固体火箭发动机实验表明,单丝状态下的碳纤维/酚醛复合材料的抗烧蚀冲刷性能明显优于束状碳纤维/酚醛复合材料。     

硼改性酚醛泡沫复合材料的制备与性能研究

为改善酚醛泡沫的耐高温性能,实验将适量的B2O3引入酚醛泡沫,经模压成型、固化后,制备出硼改性酚醛泡沫复合材料;研究了硼改性酚醛泡沫复合材料的微观结构,以及不同的硼含量对酚醛泡沫的压缩性能、耐高温性能的影响。结果表明,硼改性酚醛泡沫的压缩断裂特征为假塑性断裂模式;引入适量的B2O3,可改善树脂基体相的韧性,提高酚醛泡沫复合材料的压缩强度,当B2O3含量为质量分数4%时,酚醛泡沫的压缩强度最大,为10.14 MPa,比纯酚醛泡沫提高了5.18%。硼改性有利于酚醛泡沫的高温稳定性,酚醛泡沫的热分解温度和残碳率均随硼含量的增加而有所提高;当B2O3含量为质量分数7%时,酚醛泡沫的耐高温性能最优,其失重10%时的热分解温度为447℃,比纯酚醛泡沫提高了76.68%;其800℃下的残碳率为66.37%,较纯酚醛泡沫高出16.05%。     

酚醛改性苯并噁嗪树脂及其复合材料性能

从固化反应动力学、热分解动力学与耐烧蚀性能等方面研究了不同配比酚醛/苯并噁嗪共混树脂,并通过浸渍高硅氧玻璃布制备了相应的树脂复合材料。对其高常温力学、热学与耐烧蚀性能进行了研究。结果表明:共混树脂复合材料常温拉伸强度（214 MPa）、弯曲强度(332 MPa）、压缩强度(217 MPa）与高温层间剪切强度（21.6 MPa）等力学性能均高于酚醛树脂复合材料,热学与烧蚀性能符合耐烧蚀复合材料要求,可以作为一种性能优良的耐烧蚀复合材料。      

防火玄武岩纤维中空织物复合材料的制备及性能

采用手工铺料法制备了水性无机硅树脂/玄武岩纤维中空织物复合材料，在其表面涂覆防火涂料，三次固化制备出防火玄武岩纤维中空织物复合材料。采用电子万能试验机、氧-乙炔烧蚀试验机、热重分析仪表征了复合材料的力学性能、阻燃性能和耐高温性能。详细考察了防火涂料用量和固化工艺对复合材料力学性能和阻燃性能的影响，研究了材料的结构和耐高温性能。结果表明：防火涂料用量为14.5%,第一次固化温度80℃/固化时间5h,第二次固化温度120℃/固化时间4h,第三次固化温度120℃/固化时间1.5h,在上述固化工艺条件下复合材料的力学性能和耐烧蚀性能较好；其拉伸强度、弯曲强度、质量烧蚀率分别为34.97MPa、60.36MPa、61mg/s;复合材料热失重15%的温度为683.9℃;防火涂料的涂覆有助于提升复合材料的耐高温性能。     

超高温本体抗氧化碳/碳复合材料研究

通过向碳/碳复合材料基体中掺杂难熔金属化合物,研制出了一类集碳/碳材料优异的高温力学、热物理性能和超高温陶瓷材料非烧蚀性能于一体的超高温本体抗氧化碳/碳复合材料。攻克了难熔金属化合物在复合材料中分布以及组元与碳纤维反应控制关键技术,提高了复合材料的力学性能。静态和动态高频等离子风洞超高温本体抗氧化试验表明,在驻点温度达到2 500℃,600 s烧蚀后烧蚀量仅为碳/碳复合材料的1/5,给出了超高温本体抗氧化碳/碳复合材料氧化烧蚀抑制机理。     

碳/酚醛防热复合材料烧蚀行为的数值模拟

碳/酚醛复合材料被广泛地应用于钝头体表面,是飞行器优秀的热防护材料。为了准确地预测其烧蚀性能,本文从复合材料的组成物纤维和基体的角度出发,基于能量、质量守恒和热分解方程,考虑了烧蚀过程中材料热属性的非线性变化和烧蚀面的退缩,分别计算了纤维和基体的烧蚀性能,预测了烧蚀过程中防热复合材料的温度分布、密度变化、质量损失规律及热属性和线烧蚀率等。结果表明：碳/酚醛复合材料的烧蚀是各种因素相互作用、相互影响的高度非线性过程;烧蚀过程中材料结构具有不均匀的温度分布,烧蚀面区域材料密度衰减最大并且材料的质量损失和损失率几乎呈线性增加;纤维和基体的烧蚀行为存在明显差异,分别预测两者的烧蚀性能,可以为热防护材料的设计提供更加准确的参考和依据。