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。     

轻质隔热纳米孔结构耐烧蚀酚醛材料

在一定温度下,通过改性剂组分与热固性钡酚醛树脂之间热共聚反应,制备了改性酚醛树脂。采
用模压工艺制备出具有目标尺寸和形状的改性酚醛树脂固化物,对该样品分别进行了400 和700℃的炭化处
理,得到了相应的酚醛炭化样品,并测试其密度、失重率、收缩率等特征参数。研究改性剂用量对碳化物特征参
数和性能的影响,如密度、失重率形貌、比表面积、隔热性能、压缩强度等。SEM 研究表明,700℃炭化后样品形
成了“珊瑚状”碳结构,形成了30 ~150 nm 纳米孔。比表面积测试(BET)结果表明其比表面积可达464 m2 / g。
隔热性能与力学性能的测试结果表明,相对于未改性酚醛树脂碳化物,改性酚醛碳化物的热导率降低了
45． 57%,并且保持了较好的压缩强度。     

连续变形带斜缠防热层技术研究

介绍了一种用连续变形带来斜缠制造防热层的新技术。通过对工艺和材料性能等多方面的对比试验,结果表明用连续变形带材料,斜缠防热层的制造工艺性得到了很大的改善,缠绕件较为密实,布层排列非常规整,防热层表面无布层扭曲和皱折等缺陷,非常有利于控制防热层的滚转特性,而且材料的力学等性能也有很大程度的提高。由于连续变形带本身具有很强的可设计性,因此本技术有着很大的发展潜力和应用前景。     

碳纤维表面特性对防热材料烧蚀性能影响的研究

为了提高碳／酚醛防热材料的烧蚀性能，着重对碳纤维的表面特性进行了分析研究。结果表明，碳纤维的表面状态对防热材料烧蚀性能有很大的影响，其中主要的影响因素是纤维的捻度和浆料。为了改善材料在高状态试验条件下的烧蚀性能，降低纤维的捻度和上浆量是必需的。     

炔基酚醛树脂防热复合材料的研究

以碱为催化剂,通过间乙炔基苯基重氮硫酸盐和酚醛树脂间的偶合反应,制备出间乙炔基苯偶氮酚醛树脂简称炔基酚醛树脂(EPAN),采用该树脂制备了硅墓/炔基酚醛树脂复合材料.研究结果表明:该树脂浸胶工艺性好,固化反应活性高,制备出的复合材料高温力学性能保持率好、残碳率高.     

树脂基复合材料长时间烧蚀防热的应用研究

介绍了不同再入飞行器热防护材料的特点，指出长时间飞行器对防热层的要求。通过纤维织物改性和树脂基体改性研制了新型防隔热材料，并进行了性能测试和研究。结果表明：新型改性纤维／酚醛复合材料比传统的树脂基防热材料具有更好的隔热性能和抗烧蚀剥蚀性能，能够满足中低焓值、较低热流、烧蚀时间较长（300～700s）防热部件的防隔热要求。     

大锥角重叠缠绕防热层亚缺陷分析

常压固化成型的大锥角重叠缠绕玻璃／酚醛防热层,容易产生在小锥角防热层中不常见的一些缺陷。对大锥角防热层的亚缺陷进行无损检测、烧蚀性能、力学性能及扫描电镜分析,分析表明亚缺陷对材料的结构和性能有一定的影响。     

聚乙烯基倍半硅氧烷及其可瓷化复合材料的制备与性能

以乙烯基三甲氧基硅氧烷(VTMS)为单体,采用水解缩合的方法制备了聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ),对PVSQ的固化机制、固化温度以及热稳定性进行研究。结果表明以低毒性的乙醇取代甲苯为溶剂、能于150℃中温固化的PVSQ可作为硅基可瓷化防热复合材料的基体使用。通过SEM、EDS、XRD对添加TiB2、云母等成瓷填料制备的PVSQ复合材料的陶瓷化性能进行研究。结果表明材料在800～1 200℃热处理30 min后失重率仅为0. 29%～4. 15%,体积收缩率为5. 20%～15. 08%,高温下成瓷填料与材料热解产物之间发生原位陶瓷化反应,产生大量玻璃相起到基体桥接作用,促进尺寸、形状稳定的陶瓷体形成。     

PGE/ Phenolic 的动态热解对温度场计算的影响

通过建立材料动态热解情况下的非稳态导热微分方程,研究了PGE/ Phenolic 的动态热解对温度 场计算的影响,并将理论计算值与地面试验的实测值进行了对比分析。结果表明,对PGE/ Phenolic 考虑动态 热解能有效修正温度场计算的精度,使理论计算值与实测值更为接近。