丁腈橡胶增韧环氧树脂基烧蚀防热材料性能

以丁腈橡胶(CTBN)为增韧剂对环氧树脂(F51)进行增韧改性,通过FTIR、TG以及力学性能测试研究了丁腈橡胶对环氧树脂固化反应、热稳定性能和力学性能的影响,并分析了其增韧机理;分别采用燃气流剪切烧蚀试验和电弧风动烧蚀实验考核了低密度烧蚀材料的烧蚀性能。结果表明:经CTBN改性后,两者的分子链产生了一定程度的交联;树脂基体的拉伸、弯曲性能有所下降,但韧性得到了增强;热稳定性大大提高,增韧后的F51树脂在800℃时的残重率由增韧前的23%提高到了54%;低密度烧蚀材料的抗剪切、抗剥蚀能力得到了增强,且碳层的尺寸稳定性也得到了改善,烧蚀性能提高。     

填料的表面改性及其对涂层力学性能的影响

研究了填料经硅烷偶联剂和自制的处理剂进行表面改性后对涂层力学性能的影响.借助扫描电镜进一步分析了填料在树脂中的分散情况.结果表明填料经后一种方法处理后,与树脂基体相容性明显改善,涂层力学性能得到了显著提高.     

轻质烧蚀防热材料结构组成对烧蚀形貌的影响

采用石英灯烧蚀试验对研制的一种轻质烧蚀防热材料在不同防热结构下的烧蚀形貌和隔热性能进行了研究。结果表明:不同的防热结构形式,轻质烧蚀防热材料的烧蚀形貌不同,防热结构的纵向温度梯度和面内温度梯度均影响轻质防热材料的烧蚀形貌,温度梯度越小,热量在材料表面积聚越严重,因此表面碳化特征越明显。在不同材料的面内组合状态下,轻质烧蚀防热材料可实现与较高密度材料的匹配烧蚀,说明其烧蚀防热效率较高。在防热结构设计时,可综合考虑其面密度和烧蚀形貌,合理利用防热结构组成,实现高效防隔热和轻量化设计。     

低密度防热材料烧蚀性能研究

对两种蜂窝增强低密度烧蚀防热材料和一种中密度烧蚀结构材料力学性能及隔热性能进行了测试,同时通过电弧风洞对三种烧蚀防热材料的烧蚀性能进行了研究。结果表明,在一定的热流状态下,蜂窝增强低密度防热材料未出现烧蚀后退,而是轻微膨胀,且材料密度对其烧蚀形貌及碳层厚度均有一定影响;不同防热材料在烧蚀过程中存在热量传递与重新分布,从而减缓防热性能较差材料的烧蚀程度,提高两种材料的烧蚀匹配性能。隔热性能好的材料碳层厚度小,但隔热性能与碳层厚度无线性关系。     

固体火箭冲压发动机补燃室绝热层烧蚀试验方法

基于自主研发的氧-煤油烧蚀试验系统，发展了一种用于固体火箭冲压发动机补燃室热结构及材料烧蚀研究的试验方法。采用该方法开展了某型室温硫化硅橡胶基绝热材料的烧蚀试验，试验分别在含氧化铝粒子侵蚀和无粒子侵蚀条件下进行，并根据SEM图对比分析了粒子对材料表面微观形貌的侵蚀效应。结果表明:无粒子侵蚀条件下的试样经烧蚀后膨胀并分层，其平均线烧蚀率为-0.025mm/s；而粒子侵蚀条件下的试样平均线烧蚀率为1.901mm/s，试样中心区域的陶瓷层被粒子完全破坏，只留下极薄的热解层和裸露的碳纤维端部，碳纤维周围的基体主胶、颗粒填料及芳纶纤维均被高速焰流氧化剥离，充分说明粒子对绝热层材料的强剥蚀破坏效应；同时也验证了该方法能较好地模拟固冲发动机补燃室内的烧蚀热环境，可用于材料配方的筛选和耐烧蚀性能测试。      

环境温湿度对蜂窝增强硅橡胶基低密度烧蚀材料硬度的影响

介绍了环境温湿度以及促进剂用量、酸酐用量对窝增强硅橡胶基低密度烧蚀材料硬度的影响。试验发现蜂窝增强硅橡胶基低密度烧蚀材料硬度沿厚度方向呈规律变化：从外向里材料硬度逐渐降低,室温存放时间长的材料硬度降低的梯度小;密度小的材料硬度降低梯度小;促进剂量多的材料硫化后材料表面硬度大,从外向里硬度降低梯度大。其酸酐用量最佳起来 环氧树脂的３０％（质量分数）。     

不同填料对氢化丁腈橡胶耐烧蚀材料性能的影响

以氢化丁腈橡胶(HNBR)为基体,分别添加有机纤维1、有机纤维2、碳纤维粉和纳米无机物,通过形貌分析和X射线能谱仪(EDS),研究不同用量下不同烧蚀填料对HNBR烧蚀性能及力学性能的影响,发现在该试验条件下,添加有机纤维1和纳米无机物的HNBR能获得较好的烧蚀性能;添加有机纤维1时HNBR材料的力学性能很差,纳米无机物的加入对其力学性能影响不大;添加有机纤维2和碳纤维粉的HNBR力学性能变化不大,但烧蚀性能不理想。     

烧蚀复合材料用酚醛树脂研究

用于制作烧蚀防热材料的酚醛树脂基体具有耐烧蚀、高纯度和工艺性能优良等特性。酚醛树脂碳化后的成碳率和碳层质量对碳/酚醛复合材料的烧蚀性能有很大的影响。合理的分子结构,工艺和添加适当的碳粉末可提高材料的成碳率和烧蚀性能。优良的树脂碳坚固、致密、并且和碳纤维匹配良好。在TEM下可观察到石墨化区域,而质量低劣的树脂碳呈疏松,多孔状,是一类有缺陷的无定形碳。     

硅橡胶基防热涂层高温压缩行为

为研究硅橡胶基防热涂层高温下的力学性能,针对两种硅橡胶基防热涂层开展高温压缩试验,对其截面的宏观及微观形貌进行分析,并结合高温下的热失重分析,探讨了其高温压缩强度变化规律及机理。研究结果表明:甲基苯基硅橡胶涂层高温热解温度区间主要为500～650℃,最终质量残余率为67.61%,其高温压缩强度在25～800℃呈增加趋势,由于玻璃小球的软化及树脂基体的热解,导致在400及700℃两个温度点的压缩强度降低,但在800℃由于玻璃小球与涂层中填料、烧蚀产物等发生共融,使涂层力学性能显著增加。甲基乙烯基硅橡胶涂层的高温热解温度区间主要为450～800℃,最终质量残余率为89.95%,由于甲基乙烯基硅橡胶涂层在高温热解后产生的陶瓷相,弥补了树脂裂解所带来的强度下降,因此在25～800℃其高温压缩强度较为稳定,并未产生明显衰减。影响硅橡胶基防热涂层高温力学性能的因素主要包括树脂基体的热解以及填料在高温下发生的物理-化学变化。     

溶胶-凝胶法制备Zr-C/ C 复合材料及其烧蚀性能

研究了一种在C/C复合材料中掺杂难熔金属化合物的新方法:溶胶-凝胶法。利用醋酸锆溶胶对密度为1.39和1.59 g/cm3的C/C复合材料进行浸渍,凝胶化后,再进行炭化处理,在C/C复合材料中引入了难熔金属化合物ZrC。经若干次处理后,两种C/C复合材料的密度最终分别达到1.88和1.86 g/cm3。利用电子背散射测试观察Zr在C/C复合材料中的分布,发现在C/C复合材料表面多次凝胶沉积形成一层Zr的涂层,而在材料的内部Zr的分布主要依赖于材料本身孔洞的分布以及纤维束间的孔隙。对电弧烧蚀后的Zr-C/C复合材料进行表观形貌观察,发现在材料表面形成均匀的ZrO2膜,将基体与氧气隔绝,从而减缓材料的烧蚀速率。     

工艺因素对RFI复合材料渗透成型影响的试验研究

采用模拟试验的方法研究了复合材料树脂膜渗透成型(Resin Film Infusion RFI)过程中树脂粘度及压力对渗透高度及浸渍质量的影响。实验结果表明,总体上树脂的粘度提高,复合材料的渗透浸渍高度下降。成型压力则对不同粘度体系及增强材料预处理情况有不同的结果,一方面提高树脂渗透驱动力,另一方面压实纤维床从而降低渗透率。但压力的提高总是有利于提高渗透浸渍质量,减少孔隙率。分析认为压力影响渗透高度的实质是渗透压力变化及纤维床的压实两种因素的共同作用结果。     

轻质耐高温隔热材料及成型技术

针对型号更高的热环境要求,开展新型轻质耐高温隔热材料研究。采用耐高温酚醛树脂作为基体树脂,添加纤维、功能性填料,通过预混料片材进行低压固化成型,对所制备的隔热材料试片进行密度、热性能以及力学性能等的测试。结果表明:该材料体系密度为0.6~0.9 g/cm^3,初始分解温度大于450℃,拉伸强度大于12MPa,200℃拉伸强度大于10 MPa,热导率低于0.25 W/(m·K),并可根据实际应用需求,实现对材料各方面性能的调控。所制备的隔热材料试片通过某型号风洞考核验证,采用该材料体系制备的大尺寸异形结构舱体通过力热联合试验考核,满足总体设计要求。     

Swsy—H型温湿度计量装置的研制

介绍了温湿度计量装置的研制，阐述了其工作原理、硬件组成、关键技术及实现的功能。该装置的研制成功不仅能够满足小型湿度传感器和温度传感器的校准需要，也可以用于露点湿度计（露点范围：-20～40℃）的校准。     

复合材料热压成型过程环氧树脂流变特性研究

 针对复合材料热压成型过程的工艺特点,以环氧618/2E4MZ及环氧618/DDS体系为研究对象,通过测试DSC曲线、η T曲线、η γ曲线及计算不同升温速率下的流动活化能,得到温度、升温速率、剪切速率对体系黏度的影响规律。在大量实验研究基础上,利用具有可操作性的固化工艺参数(dT/dt)表征了阿累尼乌斯方程中的流动活化能、指前因子及幂律方程中的黏度系数,确定了两种树脂体系黏度平台区、下降区的黏度方程。当树脂体系一定时,所建立的黏度方程描述了树脂黏度下降区及黏度平台区的黏度变化规律,为复合材料热压成型树脂流变过程的模拟研究提供了参考依据。     

RTM 用耐高温R802 树脂工艺及性能

研究了RTM用耐高温R802邻苯二甲腈树脂黏度随温度、时间的变化,不同升温速率下的DSC特性,常、高温复合材料弯曲、层间剪切强度、树脂与纤维的界面等。黏度随时间变化曲线表明,其140℃下RTM工艺窗口不少于180 min;DSC曲线表明,在180℃时开始凝胶,固化温度203℃,后处理温度256℃;力学性能测试结果表明,R802/MT300复合材料200℃下弯曲强度保持率为103.8%,500℃下弯曲强度保持率为41.1%,300℃下层间剪切强度较常温提高18%,500℃下层间剪切强度保持率为44%,其树脂与纤维结合良好。     

Bézier作图定理与三次Bézier曲线的几何特征

 P.E.Bézier利用速端曲线,苏步青和刘鼎元运用仿射变换,都对Bézier曲线的几何特征作了深入研究。Bézier在文献[1]中提出用几何作图求Bézier曲线上的点及其切线的方法即Bézier作图定理。本文从作图定理入手详细地分析了平面三次Bézier曲线的几何特征,指出图2所示的λ、μ（或）是决定几何特征的一对不变量,给出了λ、μ（或）全平面图（见图3）,进而讨论了空间三次Bézier曲线的某些几何特征。     

改性聚芳基乙炔树脂性能研究

通过添加改性剂得到了改性聚芳基乙炔树脂，对树脂和树脂固化物分别进行了差热扫描热分析(DSC)和热重分析(TG)。通过对复合材料的纤维单丝界面剪切强度和层间剪切强度测试，研究了树脂与碳纤维的界面结合性能，并对编织织物增强的改性聚芳基乙炔树脂基体复合材料进行了烧蚀试验。结果表明，改性聚芳基乙炔树脂固化放热减小，而基本不影响其树脂传递模塑(RTM)工艺性和耐高温性能，明显改善了与碳纤维的界面性能，复合材料的界面剪切强度提高了40％-50％，层间剪切强度提高了将近一倍；烧蚀性能与未改性树脂基本相当。     

RTM工艺用酚醛树脂体系化学流变行为研究

建立树脂体系的流变模型可以预测体系RTM工艺窗口。采用黏度计等试验手段与双阿累尼乌斯经验模型理论分析相结合方法，研究不同恒温温度、不同溶剂含量的酚醛树脂黏度的变化规律，建立了酚醛树脂体系的化学流变模型，得到溶剂含量与模型参数之间的变化规律。研究结果可以对体系黏度进行预报，为RTM工艺的顺利实施以及工艺参数的准确制定奠定了基础。     

3238树脂及其改性

 采用芳香二胺对3238韧性中温固化环氧树脂体系进行了改性。通过芳香二胺和环氧树脂预先反应，消除了芳香二胺对中温环氧树脂的固化及工艺的影响，改性前后差示扫描量热法（DSC）初始温度和峰顶温度的差别仅有3 ℃，最终固化程度的差别也仅有1%。通过芳香二胺刚性结构的引入，由于芳香二胺和环氧树脂的交联密度高于双氰胺环氧树脂体系，因此引入芳香二胺刚性结构提高了3238树脂的耐热性，干态玻璃化转变温度提高了29 ℃，且纯固化后树脂吸湿量降低了0~34%，湿态玻璃化转变温度提高了46 ℃。改性后树脂可能形成了高低交联密度区，产生了固化物交联状态的不均匀，在提高树脂体系耐热性能的同时，保持其原有的韧性，树脂浇注体的拉伸应力应变曲线呈明显的塑性变形，拉伸断裂伸长率达5~31%，复合材料的断裂韧性达1 133 J/m²。