酸酐固化剂对硅橡胶低密度烧蚀材料施工期的影响

通过对延长硅橡胶密度烧蚀材料体系施工期的研究，发现酸酐固化剂可以将环氧改性硅橡胶低密度烧蚀材料的施工期延长到24h以上，从而可能实现真空热压罐大面积灌注密度烧蚀材料的成型工艺。通过对固化材料进行红外分析，发现加入酸酐固化剂后并未改变硅橡胶和环氧树脂各自的反应，没有新的反应特征峰出现，说明环氧和硅橡胶之间无反应，只是物理共混，从材料拉伸断面的扫描电镜观察可以证实硅橡胶和环氧树脂以海－岛结构存在。     

纤维增强陶瓷基复合材料加工技研究展

纤维增强陶瓷基复合材料具有高熔点、低密度、耐腐蚀、抗烧蚀以及抗氧化等一系列优点,被列为新一代高温热结构材料的发展重点,在航空、航天、能源等领域具有极大的应用前景.但纤维增强陶瓷基复合材料具有硬度大的特点,其加工是一个难点,主要对纤维增强陶瓷基复合材料的传统加工工艺和特种加工工艺及其研究进展进行了介绍,并对纤维增强陶瓷基复合材料的加工工艺的发展趋势作了展望.     

硅橡胶涂覆织物的性能优化研究

为优化硅橡胶涂覆织物的防隔热效率,在硅橡胶基体中添加新型耐烧蚀填料,采用新型骨架材料,制备出耐烧蚀硅橡胶涂覆织物;分别研究了纤维织物、耐烧蚀填料对硅橡胶涂覆织物的柔性、拉伸性能和烧蚀性能的影响。试验结果表明:硅橡胶涂覆织物的柔性和拉伸性能主要由纤维织物决定;M40J碳纤维织物作为骨架材料的硅橡胶涂覆织物烧蚀性能更优;当添加短切黏胶基碳纤维作为耐烧蚀填料时,硅橡胶涂覆织物在较高热流条件下(480 kW/m~2、120 s)的防隔热效率更高。     

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。     

蜂窝增强低密度硅基烧蚀防热材料性能

高速再入飞行器通常采用烧蚀防热材料作为外表面大面积的热防护材料。本文对两种蜂窝增强低密度硅基烧蚀防热材料的力学性能、热物理性能和烧蚀性能进行了测试,并结合试验结果对烧蚀机理进行了研究分析。结果表明,材料的密度越高、拉伸强度就越高,但拉伸模量相近;两种材料的隔热性能参数都较低。两种材料在不同热流密度条件下的电弧风洞烧蚀后退速率都较低,在部分烧蚀条件下有轻微膨胀。两种材料的烧蚀背温都较低,烧蚀表面形貌良好,能满足设计指标要求,是一种适用范围较广的烧蚀防热材料。     

适用于长时间烧蚀防热的蜂窝增强低密度材料

针对长时间烧蚀防热对防热材料的需求,研制了两种蜂窝增强低密度烧蚀防热材料,采用电弧风
洞加热设备对其防热性能进行了考核,并对其力学及热物理性能进行了研究。结果表明,在两种长时间(1 000
s 左右)热环境的考核下,蜂窝增强低密度材料烧蚀后背面温度均低于200℃,表面碳层均匀、完整,无明显烧蚀
量,显示了优异的隔热性能和良好的抗气流冲刷能力。     

硅橡胶/三元乙丙橡胶的绝热性能

采用三元乙丙橡胶(EPDM)对硅橡胶共混改性,制备了硅橡胶/EPDM。对其烧蚀、力学和热性能进行了研究。结果表明:硅橡胶/EPDM的线烧蚀率随EPDM添加量增加而降低,当硅橡胶/EPDM为60/40时,由于材料烧蚀后表层形成了更加致密、坚实炭化层,其线烧蚀率达到0.09 mm/s。EPDM/硅橡胶热性能高于EPDM,其力学性能优于硅橡胶。     

几种低密度烧蚀材料热膨胀性能的测试及研究

热膨胀性能是评价低密度烧蚀材料的的重要参数，针对低密度烧蚀材料的一些特殊性，对测试装置进行了改造并研制了大试样线胀系数测试装置，对四种低密度烧蚀材料进行了系统的测试并对材料性能做了一些分析研究工具。     

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。     

航天飞行器热防护涂层研究进展

近年来,新研航天飞行器气动热环境往往具有高焓、高热流密度和长时间加热等特点,这促使防热材料的研制朝着低密度、高抗烧蚀、优良隔热等性能的方向发展。受自身材料类型的限制,无论烧蚀型(树脂基)或非烧蚀型(陶瓷基)防热材料都可以通过对烧蚀表面进行涂层处理的手段达到弥补材料性能短板,提高使用性能的目的。本文试图梳理、总结国内外近年来热防护系统用涂层材料的发展状况,探讨各自的优势和缺点,并提出了针对树脂基复合材料热防护涂层可能趋势的推测。     

酚醛/环氧过渡层固化特性及复合材料性能

为满足固体火箭发动机复合材料壳体的结构功能一体化要求，研究了两种树脂的过渡层配方、工艺及性能，重点研究了在酚醛树脂B30、环氧树脂TDE-85和固化剂甲基六氢苯酐（MHHPA）体系中，三者不同质量分数下的性能特点，采用了数显旋转黏度计和数显恒温水浴锅对树脂黏度测量，使用差示扫描量热仪（DSC）对不同质量分数的树脂进行热分析，求解多相体系反应机理的动力学参数，验证过渡层树脂固化工艺及性能，并与未使用过渡层的树脂配方进行性能对比。结果表明:过渡层体系中，最先反应的是B30和固化剂MHHPA，最后是B30的自固化；环氧树脂TDE-85的力学性能与酚醛树脂B30耐烧蚀性能满足结构层与功能层性能需求；与未使用过渡层的树脂相比，使用过渡层的树脂耐烧蚀性变化不大，但是弯曲强度提高了67.8%，拉伸强度提高了56.1%；与未使用过渡层的复合材料相比，使用过渡层的复合材料层间剪切强度提高了94.9%，但耐烧蚀性变化不大。综上所述，该过渡层可以满足固体火箭发动机复合材料壳体的结构功能一体化要求。      

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。     

工业化生产中大规格2D70铝合金棒材淬透性的实验方法

采用多路温度控制仪监测材料淬火过程不同部位的温度变化的试验方法，通过对材料硬度和力学性能指标的测试分析，描绘出大规格2D70铝合金棒材截面上距离边部不同距离的硬度和力学性能变化曲线，对比分析了该试验条件和工业化生产条件下合金的硬度和力学性能变化曲线，探讨了本试验方法应用到工业化生产中检测材料淬透性的可能性。研究结果表明，淬火过程中2D70铝合金Ф250mm×250mm的棒材边部和心部的温度基本均匀，淬火过程中总的冷却速率为4℃／s，可满足合金充分固溶的要求，工业化生产的250mm棒材已经完全淬透。     

聚酰亚胺胶粘剂的粘接性能

 采用等摩尔的酮酐（BTDA）和醚胺（ODA）在N，N 二甲基甲酰胺(DMF)中合成了线形缩聚型聚酰胺酸(PAA)，并用红外光谱对其结构进行了表征，用TGA对其热关环亚胺化后进行了分析，结果表明其热分解温度可达600 ℃，所成薄膜具有良好的韧性。同时采用纳迪克酸酐（NA）为封端剂，通过调整NA/BTDA/ODA的比例，合成了不同分子量的PAA预聚体，并用红外光谱对其结构进行了表征，对其热关环亚胺化后进行差热分析，表明其端基交联固化温度为350 ℃左右，且随着分子量的提高峰温向高温方向移动。TGA表明，热固性聚酰亚胺（PI）交联固化后的热分解温度为483 ℃左右。采用上述线形缩聚型PAA与热固性PI共混，将固化后线形缩聚型PI的韧性与热固性PI高温性能结合起来，直接用做耐高温胶粘剂，可以获得较高的室温和高温剪切强度，并具有良好的高温热老化性能。     

复合材料壳体固化温度场测试及共固化特性

温度场是复合材料壳体多材料体系共固化的一个重要工艺控制参数。采用预先埋植热电偶方法获得1^#、2^#两种固化制度下圆筒内部温度场数据,对F-3/EP-04缠绕层与三元乙丙(EPDM)绝热层在共固化条件下的固化度与性能进行研究。结果表明:壳体内部温度存在明显的滞后性,温度-固化时间曲线呈现近似抛物线形状;缠绕层能在1^#固化制度下固化,而EPDM绝热层不能完全硫化,在提高最高固化温度及延长保温时间的2^#固化制度下,均能实现固化,并且提高共固化温度与延长保温时间对缠绕层力学承载性能无影响;两种固化制度下,EPDM绝热层温度差小,而缠绕层温度差大,提高共固化温度及延长保温时间有助于降低缠绕层温度差。     

固化工艺影响L形复合材料制件固化变形研究

通过数值模拟方法,利用ABAQUS有限元仿真软件,模拟含R角的复合材料构件的固化过程。根据已有的固化工艺,比较不同工艺条件对复合材料构件固化过程中的温度场和固化度场及变形的影响。结果表明,合理地降低固化工艺温度和固化冷却速率可以减少残余应力的积累,缓解固化变形。     

聚碳硅烷纤维的不熔化处理研究(III)--不熔化机理的探讨

对PCS纤维空气氧化反应过程中产生的尾气进行了色谱分析 ,并对氧化后的纤维进行了红外分析 ,在此基础上推测了不熔化机理 ;采用XPS分析技术考察了氧在PCS纤维中的分布。结果表明 ,PCS纤维氧化反应过程中有少量氢气生成 ,出现局部过热时伴随有CO2 生成 ;氧在不熔化PCS纤维中由表及里呈梯度分布 ,低温、长时的不熔化处理条件有利于氧在纤维中的扩散和均匀分布     

某大型飞机复合材料壁板工艺仿真及验证技术

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间罐内温度分布变化以及模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的低热导率等因素导致制件内部不可避免的产生温度梯度以及残余应力,从而影响材料的使用性能。大尺寸曲面帽型壁板采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,针对复合材料构件热压罐成型过程中温度场分布和固化变形等问题,进行了仿真分析,通过对比制件温度场分布和固化变形仿真计算结果以及全尺寸零件的实际验证结果,验证了预测方法的正确性。分别利用成型工装和检测型架改进优化以及制造过程优化来控制构件固化变形,使其形状满足产品尺寸的精度要求,证明根据工艺仿真计算结果以及工艺过程改进,可以对大尺寸曲面帽型壁板在制造工艺过程中出现的变形回弹及残余应力水平进行预估和最大限度的减小,实现复合材料结构设计和制造的一体化,提高制件的成型质量。     

C/C-SiC复合材料致密度影响因素

利用先驱体转化法制备C/C-SiC复合材料,对试样进行微观结构分析和性能测试,研究渗硅温度、保温时间、真空度和裂解周期对C/C-SiC复合材料致密度的影响。结果表明:随着渗硅温度的升高,材料的致密度呈先加速升高后快速下降趋势;随着保温时间的延长,材料的致密度先快速升高,保持一段时间稳定后再缓慢降低;随着烧结真空度的提高,材料的致密度加速升高;随着裂解周期的增加,材料的致密度不断增大,但增速逐步降低。经过11周期的“浸渍-固化-裂解”过程后,所制备的C/C-SiC复合材料获得最大密度2.09 g/cm3、最小孔隙率7.6%,其综合力学性能最为优异:弯曲强度468 MPa、拉伸强度242 MPa、断裂韧度19.6 MPa?m1/2、维氏硬度17.2 GPa。