酚醛树脂基纳米多孔材料的制备及结构调控

酚醛树脂基纳米多孔材料（Phenolic Resin-based Nanoporous Materials，PNM）是满足新一代航天飞行器轻质、高效隔热需求的新型热防护材料，传统制备方法中需使用超临界干燥技术，制备周期长、成本高。本研究通过两步法，即先合成线性酚醛树脂，再进行溶胶-凝胶的方法，实现了常压干燥PNM的制备。系统研究了固化剂含量、固化温度和固化时间对材料结构的影响和调控作用，分析了影响材料收缩率和热稳定性的因素。结果表明，PNM的微观纳米结构的变化会影响材料干燥后的收缩率，制备大颗粒、大孔径的微观结构更有利于降低材料的收缩率。而PNM的热稳定性主要受交联反应过程形成的化学结构的影响，通过优化固化剂的含量可提高PNM的热稳定性。当固化剂含量为10%，固化温度提高至150℃，固化时间延长至48 h的条件下，获得的PNM有最高的热稳定性（900℃下的残碳率为54.2%）、最发达的孔结构（比表面积为264.0 m²/g、孔容为2.67 cm³/g、平均孔径为40.0 nm）和最小的收缩率（0%）。此PNM制备方法简单、性能优异，在未来航天飞行器上有广阔的应用前景。     

酚醛树脂热解产物高温燃烧详细化学反应机理简化

针对流动/酚醛树脂热解产物燃烧耦合数值模拟过程中使用详细化学反应机理带来的数值刚性问题,以保证计算精度要求,对酚醛树脂热解产物详细化学反应动力学模型进行简化研究。选取Chemkin-Pro中的良搅拌反应模型,对由53种组分325个基元反应组成的甲烷掺氢气详细化学反应动力学机理进行了敏感性分析和生产速率分析,得到包含15种组分15个基元反应的简化机理。结果表明:简化化学动力学模型能充分地再现详细基元反应模型的反应机理的主要特征,大幅缩短计算时间,进而用于高超声速条件下酚醛树脂热解产物引射及其对边界层扰动的计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)中。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

酚醛树脂炭的合成及力学性能研究

为了表征多孔炭泡沫材料基体的结构与力学性能,采用碱催化法制备热固性酚醛树脂,经固化、高温炭化处理合成多孔炭泡沫材料的基体——酚醛树脂炭。研究酚醛树脂炭的微观结构、压缩强度及压缩断裂韧性。结果表明:酚醛树脂炭结构以树脂炭基体、微孔和微裂纹为主,其碳元素以sp3杂化的非晶炭形式存在;压缩强度为8.58 MPa,压缩断裂特征为脆性断裂模式;酚醛树脂炭的压缩断裂韧性较差,断裂过程中吸收的总能量为0.135 MJ/m3。     

邻苯二甲腈基联苯型酚醛树脂的制备与性能

以碱为催化剂,通过联苯型酚醛树脂与4-硝基邻苯二甲腈之间的亲核取代反应,制备了邻苯二甲腈基联苯型酚醛树脂(PBN).流变性能测试结果表明,PBN树脂在180 ～ 300℃,黏度＜400 mPa·s,表明该树脂具有优良的加工性能.DSC测试结果表明,PBN树脂的固化温度为280～450℃,固化反应峰值温度为377℃,固化放热约为187 J/g.该树脂表现出优良的耐热性,其储能模量起始下降温度高于450℃,Td5约为529℃,氮气氛围、900℃残碳率约为78％.     

截面形式对复合材料杆件固化变形的影响

热固性复合材料构件应用广泛，但其在加热固化成型过程中易产生变形。通过优化铺层设计，可以减小碳纤维增强环氧树脂细长杆件固化过程的变形，但是忽略了截面形式对固化变形的影响程度。本文提出在复合材料大长径比构件设计时应采用有限元分析(Finite element analysis, FEA)方法进行热变形分析，充分考虑截面对称性对产品固化变形的影响，有效降低该类产品固化过程中的变形。     

热塑性酚醛树脂用量对化学铣切浸蚀比的影响研究

在实验室用三口瓶合成了热塑性酚醛树脂,制成甲苯饱和溶液,并将其加入以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为主要成膜物质制备的化学铣切保护涂料中,测试了铝合金和钛合金化学铣切时不同热塑性酚醛树脂含量对浸蚀比的影响。研究结果表明:使用热塑性酚醛树脂制备的保护涂料可以得到稳定的、满足航空工业标准要求的化学铣切保护涂料,其中铝合金铣切加工的浸蚀比为1.00、钛合金铣切加工的浸蚀比为0.50。     

不同酚醛树脂对芳纶纸蜂窝性能的影响

为研究酚醛树脂对芳纶纸蜂窝性能的影响,本文采用两种不同的酚醛树脂制备芳纶纸蜂窝芯材,对所制备蜂窝芯材的压缩性能和剪切性能进行测试,同时结合蜂窝端面树脂分布观察、树脂与芳纶纸接触角测量等方法,分析了两种树脂所制备蜂窝芯材性能出现差异的原因,结果表明：树脂中溶剂水的挥发速度、树脂与芳纶纸之间的表面张力会影响树脂在蜂窝壁上的树脂分布;蜂窝芯材树脂含量相同时,其节点两侧的树脂胶柱有利于提高蜂窝芯材压缩强度,但树脂堆积在节点后会降低蜂窝壁厚,造成蜂窝的剪切强度和模量下降。     

双噁唑啉化合物改性热固性树脂的研究

采用自制2，2′-(1，3-苯)双(4，5-二氢)噁唑分别与热塑性酚醛树脂或二氨基二苯甲烷(DADPM)进行聚合反应制得了聚醚酰胺树脂(PEAR)和聚氨基酰胺树脂(PAAR)。实验表明：PEAR的冲击强度达到6kJ／m^2以上，弯曲强度达到100MPa以上，且电绝缘性能优良，可作为H级绝缘材料使用；PAAR的冲击强度最高达到22kJ／m^2，弯曲强度达到202．MPa，电绝缘性能较PEAR稍差，但仍然可作为H级绝缘材料使用，另外还可望作为无卤阻燃材料使用。以这两种高性能热固性树脂为基体可制备出性能优良的玻璃布复合材料。     

数据驱动的装药浇注过程关键参数预测

当前固体火箭发动机制造过程中推进剂生产质量波动大,而浇注速度及浇注量是影响装药质量的关键工艺参数。针对在混合锅结构限制、药量巨大以及热固性推进剂粘度随时间变化而变化的工艺特点导致壳体内无法布置传感器直接测量浇注速度和浇注量等关键参数的问题,通过机器学习技术,利用可直接测量的与浇注速度和浇注量相关的其他工艺参数以及设备运行参数等大量试验数据构建浇注速度和浇注量的在线预测模型,实现其间接软测量。首先,采集可直接测得的实测工艺参数作为训练和测试数据;然后,结合浇注花板的具体结构,通过支持向量机和极限学习机等非线性回归的机器学习方法训练数据,建立壳体花板出口处的浇注速度和浇注量回归模型,用于在线预测;最后,在实验室环境下的缩比模拟器上进行浇注速度和浇注量检测验证,表明该方法为装药浇注工艺过程的数字化和智能化可行性提供了依据。