室温硫化硅橡胶外防护材料及成型工艺

采用正交试验研究了耐烧蚀填料、阻燃填料、纤维填料对室温硫化硅橡胶热防护材料烧蚀和力学性能的影响。结果表明,芳纶短纤对材料烧蚀性能的改善最为显著,Mg O在提高材料拉伸强度和降低伸长率上与白炭黑的作用规律相似。通过正交试验确定了性能最佳的室温硫化硅橡胶绝热材料配方,其线烧蚀率0.199 mm/s,拉伸强度2.84 MPa,扯断伸长率119.9%。同时,通过模压工艺实现了硅橡胶绝热材料在发动机外防护领域的应用。试车结果表明该材料及工艺是可行的。     

不同橡胶基绝热材料性能对比分析

分别对以硅橡胶(SiR)、丁异戊橡胶(BIR)、丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)为基体的绝热材料力学性能、密度、烧蚀性能、热性能进行了研究,并对其烧蚀后试样表面和剖面的微观形貌进行了分析。结果表明,SiR绝热材料烧蚀后形成坚硬、致密的瓷化层,抗烧蚀性能好,且热稳定性能良好,但力学性能较差; BIR绝热材料烧蚀性能较好,综合性能优; NBR绝热材料密度高且炭层疏松; EPDM绝热材料密度低,力学性能优异,但炭层易剥离,烧蚀性能差。     

热物理性能对高硅氧/酚醛复合材料烧蚀性能的影响

根据高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理,建立了包括烧蚀退移层、化学反应边界层、液态层、炭化层、热解层、原始材料层的自外向内的物理模型,针对平板烧蚀问题,预报了热导率、比定压热容、驻点焓值等热物理性能对高硅氧/酚醛复合材料的表面烧蚀后退率、壁面温度、气化烧蚀速率、热阻塞效应因子、气化分数等烧蚀性能的影响.结果表明,低热导率能使表面烧蚀后退率明显降低,但却使壁面温度、热阻塞效应因子及材料的气化分数升高;而高的比定压热容则能大大降低表面烧蚀后退率和壁面温度;随驻点焓值的增加,表面烧蚀后退率和壁面温度都增大.     

低密度碳/酚醛复合材料的制备及其性能研究

以降低传统碳/酚醛复合材料密度为目的,在对复合材料密度进行理论分析计算的基础上,采用在酚醛树脂中添加轻质填料的方法制备低密度碳/酚醛复合材料,按照正交实验法对轻质填料含量以及复合材料制备工艺参数进行分析与优化。结果表明,分别采用聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维作为增强材料,研制的碳/酚醛复合材料的密度分别为1.339 g/cm~3和1.211 g/cm~3,拉伸强度分别为294 MPa和131 MPa,剪切强度分别为15.0 MPa和14.7 MPa,室温热导率分别为0.215 W/(m·K)和0.476 W/(m·K),200℃热导率分别为0.340 W/(m·K)和0.599 W/(m·K),氧乙炔线烧蚀率分别为0.011 mm/s和0.030 mm/s,复合材料密度降低的同时,其他性能满足固体火箭发动机喷管烧蚀防热材料的使用要求。     

NBR型绝热材料耐低温抗烧蚀性能的改进

NBR为基体填充石棉和SiO2·nH2O的绝热材料，在国内外发动机绝热装药工作中已获得广泛应用。本课题在此基础上进行了NBR绝热材料耐低温，抗烧蚀性能的配方研制，结果表明，采用特制气想法白炭黑和中度丙烯腈含量的NBR，选取及有效处理温石棉，提高了材料各项性以,理的炼制工艺，使新材料获得的综合力学性能，抗烧蚀，耐温性和物理性能优于传统的NBR或酚醛改进NBR绝热材料，材料粘结工艺和热老化实验表明性能较好，NBR改型绝热材料在发动机中获得成功应用。     

基于烧蚀发动机的EPDM烧蚀性能试验研究

采用有2个流速试验段的烧蚀试验发动机在双基推进剂和含Al 10%复合推进剂燃气环境下对EPDM绝热材料进行烧蚀试验,分析了压强、燃气组分和速度等因素对EPDM绝热材料烧蚀特性和炭化层微观结构的影响规律。研究表明,EPDM绝热材料炭化率和质量烧蚀率随着燃气速度和燃烧室压强的增加而增大;在燃气温度、燃烧室压强和燃气速度接近的条件下,含Al 10%复合推进剂燃气环境下的炭化率是双基推进剂燃气环境下的2倍;EPDM绝热材料炭化层的结构呈现一种致密/疏松的多孔结构,表面存在一层致密层。烧蚀模型中炭化层物理模型可用非均质可渗透多孔介质描述。     

碳纤维增强莫来石复合材料的制备与性能研究

为解决传统溶胶制备的碳纤维增强莫来石复合材料致密化效率低、制备周期长、性能不理想等缺陷,以碳纤维布叠层缝合预制件为增强体,以符合莫来石化学计量比的Al2O3-SiO2溶胶为原料,通过浸渍-干燥-热处理技术路线制备C/Mullite复合材料。研究了Al2O3-SiO2溶胶的烧结收缩与莫来石化行为,对复合材料工艺进行了初步优化,表征了氧乙炔焰烧蚀性能。所用Al2O3-SiO2溶胶的固含量30.7%,陶瓷产率18.3%,经1 300℃热处理后,莫来石化基本完成,且表现出明显的烧结收缩。形成了能避免碳纤维布分层开裂的复合工艺路线。获得了四点弯曲强度和断裂韧性分别为210.6 MPa,11.2 MPa·m1/2的C/Mullite复合材料。在氧乙炔焰烧蚀中,莫来石基体分解生成Al2O3和SiO2,在热流和机械冲刷作用下,大量SiO2流失,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.049g/s,0.12mm/s。     

以基于孔隙结构特征的EPDM绝热材料热化学烧蚀模型

基于对绝热材料烧蚀实验结果的观察和分析,从EPDM绝热材料炭化层微观孔隙结构特征出发,综合考虑多孔结构炭化层内的流动、传热及烧蚀过程,建立了基于炭化层孔隙结构特征的绝热材料热化学烧蚀模型和相应计算方法;对EPDM绝热材料的热化学烧蚀过程开展了数值计算,并将计算得到的质量烧蚀率与烧蚀发动机实验结果进行了比较,结果吻合较好。     

高分子增塑剂对EPDM绝热层性能影响研究

为有效降低三元乙丙(EPDM)绝热材料中小分子挥发物含量,研究了液体EPDM(LEPDM)、液体低分子聚丁二烯(LPB)、液体低分子聚异戊二烯(LIR)、液体丁腈橡胶(LNBR)和液体端羟基聚丁二烯(LHTPB)等高分子增塑剂对EPDM绝热层门尼粘度、力学性能、烧蚀性能、老化性能、可挥发分含量和界面粘接性能的影响规律,并与传统橡胶增塑剂液体石蜡进行对比。结果表明,相比传统增塑剂LPO,高分子增塑剂制备EPDM绝热材料挥发分含量显著降低,其中LIR、LEPDM和HTPB三种高分子增塑剂制备绝热材料挥发分含量最低;同时,其玻璃化转变温度升高,断裂伸长率降低,线烧蚀率降低,门尼粘度和抗拉强度基本相当;除LEPDM外其他高分子增塑剂制备绝热材料的EPDM_生/EPDM_熟界面粘接强度明显下降; EPDM/铝和EPDM_生/EPDM_生界面粘接强度及70℃热老化性能基本相当。     

芳砜纶浆粕/EPDM绝热层热性能及界面特性研究

芳砜纶浆粕/EPDM绝热层是固体火箭发动机的一种高性能新型绝热材料。在分析芳砜纶浆粕和芳纶浆粕热稳定性的基础上,对比研究了芳砜纶浆粕/EPDM绝热层与芳纶浆粕/EPDM绝热层的耐烧蚀性能、热性能及界面结合,并采用热失重、动态热机械与扫描电镜等手段分析了造成性能差异的原因。实验结果表明,芳砜纶浆粕的热降解峰值温度比芳纶浆粕高100℃。与芳纶浆粕/EPDM绝热层相比,芳砜纶浆粕/EPDM绝热层的线烧蚀率、热导率和热扩散系数较低,热稳定性较高,芳砜纶浆粕与基体的界面结合较好,这有利于提高绝热层的耐烧蚀性能。芳砜纶浆粕/EPDM绝热层可作为高性能绝热材料而广泛应用。     

单纯热化学烧蚀环境下EPDM绝热材料炭化层结构特征分析

设计了一种低燃气流速(0.48 m/s)的烧蚀试验装置,在含铝1%的复合推进剂燃气环境中,对一种EPDM绝热材料进行了烧蚀试验,试验具有单纯热化学烧蚀的特点。对试验得到的炭化层表面、背面及断面进行了微观结构分析,此试验环境下的炭化层表面均布颗粒状附着物;背面呈网状孔隙结构;断面具有上密下疏、分界清晰的特点。文中还对比了3种不同烧蚀环境下的炭化层结构,在恶劣的烧蚀环境下,炭化层上部致密层变薄。试验结果对EPDM绝热材料烧蚀机理研究及烧蚀建模具有重要参考价值     

EPDM绝热材料耦合烧蚀模型

以EPDM类绝热材料烧蚀特性为研究对象,借鉴多孔介质领域的相关理论和方法,以炭化层的孔隙结构特征和参数为纽带,建立了考虑热化学烧蚀、颗粒侵蚀和气流剥蚀的EPDM类绝热材料耦合烧蚀模型,并进行了模型的初步实验验证。结果表明,所建立的模型不仅在EPDM类绝热材料烧蚀率预示方面具有较高的计算精度,而且在细管上能够基本反映绝热材料的烧蚀特性。     

粒子侵蚀模型及粒子侵蚀下绝热材料烧蚀数值计算

从粒子动力学参数出发,分析了粒子与炭化层相互作用机制,导出计算粒子对炭化层作用力,再根据强度理论,推导出粒子对炭化层的侵蚀模型。应用该模型,对实验发动机中粒子侵蚀下的绝热材料烧蚀进行了数值计算,计算中采用了燃气流动与烧蚀耦合计算方法,计算结果与实验结果基本一致,表明所建立的粒子侵蚀可用于固体火箭发动机中粒子侵蚀下绝热材料烧蚀的预估。     

EPDM绝热材料炭化层的三维孔隙结构特征

为了获得绝热材料炭化层的微观结构信息,建立了炭化层三维孔隙结构的微米CT无损测试方法.采用微米CT对EPDM绝热材料炭化层进行了无损扫描,运用三维图像处理软件对炭化层的系列无损扫描图片进行了三维重建.针对发动机热试车后EPDM绝热材料炭化层试样,结合二维图像分析软件,研究了烧蚀方向上炭化层的孔隙结构特征.结果表明,过载...     

氧化石墨烯/酚醛树脂基泡沫炭的制备和隔热性能研究

针对新型轻质高效和结构稳定的高性能隔热材料在航空航天领域的应用需求,以热塑性酚醛树脂为原料,引入氧化石墨烯(GO)进行改性,然后采用液相低压发泡/炭化工艺制备氧化石墨烯/酚醛树脂基泡沫炭(PCF)隔热材料.采用扫描电镜(SEM)、热分析仪、压汞仪和激光脉冲导热仪,对GO/PCF的结构及性能进行了测试与表征.结果表明:添...     

轴棒法编织C/C复合材料的热物理及烧蚀性能

采用轴棒法编织三维四向炭纤维预制体,经高压沥青浸渍炭化致密化工艺(HIPIC)制得高密度4D C/C复合材料,研究了材料轴向的热物理性能、抗烧蚀性能,并分析了材料的烧蚀机理.结果表明,轴棒法编织C/C复合材料轴向的热扩散率随着温度的升高而降低,比定压热容随温度的升高而增大,热导率随温度的升高缓慢下降,且材料的热物理性能...     

钼酚醛复合材料的性能研究

本文介绍了经改性的钼酚醛树脂与高硅氧纤维和碳纤维复合后的新型耐烧蚀复合材料,这种材料具有较好的热稳定性、热物理性能、力学性能、机械性能以及烧蚀性能,其抗冲刷能力也较强,且成型工艺简便、成本低,可作为固体火箭发动机的烧蚀防热材料.     

低密度C/C隔热材料快速低成本制备及性能研究

以轻质粘胶基碳毡为增强体,采用压力浸渍树脂/常压炭化工艺(PIC)引入树脂碳作为基体,从而制备出体密度、开孔率分别为1.05 g/cm~3和35.65%的C/C隔热材料,并对材料的力学性能、热物理性能和隔热性能进行了测试分析。结果表明,室温下C/C隔热材料的水平剪切强度和弯曲强度分别为2.97 MPa和11.7 MPa,其载荷-位移曲线呈典型的"抛物线"状,表明材料的韧性较好;随着温度的升高,C/C隔热材料的比热容和热导率均逐渐增大,但后者的增幅更小,1000℃时其值仅为0.922 W/(m·K);平均热膨胀系数则随着温度的升高呈现先升后降的趋势,RT～1000℃的平均热膨胀系数仅为1.326×10~(-6)/℃;通过氧乙炔静态烧蚀试验测试C/C隔热材料的烧蚀隔热性能,当烧蚀面的最高温度达到2450℃时,其背面温度仅为357℃,表明材料具有良好的隔热性能。     

高温热环境下EPDM绝热材料炭层表面相态试验

为了解EPDM绝热材料烧蚀过程中炭化层表面相态,以及在热态环境下炭化层的抗冲击结构特点,设计了一种表面碰撞试验装置.利用设计的试验装置,在含铝5％的复合推进剂燃气环境中,对一种EPDM绝热材料进行了炭化层表面相态探测试验,清晰地获得了撞击后的炭化层表面形貌.试验结果分析表明:在本研究条件下,EPDM绝热材料炭层表面基本...     

预制体及基体对C/C复合材料性能的影响

研究了预制体结构及其成型工艺和基体类型对C/C复合材料的力学性能、烧蚀性能和微观结构的影响。结果表明,它们对C/C复合材料的拉伸和压缩强度影响不显著,而对剪切性能影响明显。采用CVD成型工艺和树脂炭基体,对于二维预制体,C/C复合材料的剪切强度可达19MPa;对于准三维预制体,C/C复合材料层间剪切强度可达20MPa。不同类型的基体炭对复合材料的耐烧蚀性影响不同,CVD炭具有优异的抗烧蚀性能,树脂炭与沥青炭的抗烧蚀性能较差。采用先沉积后树脂浸渍炭化补充增密,可制备综合性能优异的热结构复合材料。