刚性短切碳纤维预制体和酚醛浸渍碳烧蚀体的制备及性能杨

以短切碳纤维、热固性酚醛树脂为原料,经真空成型得到短切碳纤维预制体(Fiberform),再以Fi鄄

berform 为骨架、酚醛树脂溶液为浸渍液,经反应干燥得到酚醛浸渍碳烧蚀体( PICA)。结果表明:Fiberform 具

有明显的各向异性,当Fiberform 的密度由0. 13 g/ cm3增大到0. 18 g/ m3 时,其纵向压缩强度由0. 10 MPa 增大

到0. 39 MPa,横向压缩强度由0. 33 MPa 增大到0. 79 MPa。PICA 具有酚醛气凝胶/ 碳纤维复合型结构,其密度

可以通过控制酚醛树脂溶液浓度来调节。当PICA 的密度由0. 27 g/ cm3增大到0. 43 g/ cm3,其纵向压缩强度由

0. 45 MPa 增大到2. 42 MPa,横向压缩强度由1. 36 MPa 增大到3. 12 MPa。PICA 的隔热性能与Fiberform 相近,

其纵向和横向热导率分别为0. 08 和0. 11 W/ (m·K)。

     

碳/酚醛结构材料的研究

研制出的碳布增强硼酚醛材料力学性能优异,剪切强度高达34.7MPa,压缩强度达270MPa,比一般碳/钡酚材料提高30%～70%;接近柔性接头非金属增强件碳/环氧材料水平,达到柔性接头非金属增强件材料的指标要求,有望替代现有碳/环氧材料。由于抗烧蚀性能优于碳/环氧材料,使非金属增强件热防护能力提高。     

碳/酚醛复合材料烧蚀性能的实验研究

总结了电弧加热器湍流导管试验装置上对碳／酚醛复合材料的烧蚀试验结果，利用多元线性回归方法。拟合出烧蚀材料的有效烧蚀焓与冷壁热流密度、壁面压力的关联式。在一定热流、压力范围内可以很方便地计算出碳／酚醛复合材料的有效烧蚀焓和质量烧蚀率。     

碳-酚醛材料的温度场及烧蚀研究

本文研究了碳-酚醛材料在固体火箭发动机喷管中的烧蚀机理及性能.阐述了烧蚀过程中化学反应、粒子侵蚀及剪切力作用三方面的影响,并进行了计算.计算与实验结果比较,得到了综合考虑化学、机械两方面因素的烧蚀计算经验式.     

刚性短切碳纤维预制体和酚醛浸渍碳烧蚀体的制备及性能

以短切碳纤维、热固性酚醛树脂为原料,经真空成型得到短切碳纤维预制体(Fiberform),再以Fiberform为骨架、酚醛树脂溶液为浸渍液,经反应干燥得到酚醛浸渍碳烧蚀体(PICA)。结果表明:Fiberform具有明显的各向异性,当Fiberform的密度由0.13 g/cm~3增大到0.18 g/m~3时,其纵向压缩强度由0.10 MPa增大到0.39 MPa,横向压缩强度由0.33 MPa增大到0.79 MPa。PICA具有酚醛气凝胶/碳纤维复合型结构,其密度可以通过控制酚醛树脂溶液浓度来调节。当PICA的密度由0.27 g/cm~3增大到0.43 g/cm~3,其纵向压缩强度由0.45 MPa增大到2.42 MPa,横向压缩强度由1.36 MPa增大到3.12 MPa。PICA的隔热性能与Fiberform相近,其纵向和横向热导率分别为0.08和0.11 W/(m·K)。     

国外带缠碳酚醛材料成型工艺及性能

本文介绍了国外碳酚醛带缠复合材料的技术现状。重点对斜缠成型工艺及影响斜缠复合材料性能的因素进行了分析。     

环氧氯丙烷改性酚醛纤维的制备及性能

在酚醛树脂的合成过程中引入环氧氯丙烷,通过聚合反应得到改性酚醛树脂,以此为原料,采用熔融纺丝法制备出环氧氯丙烷改性酚醛纤维.通过力学性能测试及TG、GPC、FT-IR等分析表征手段对纤维的结构和性能进行了研究.结果表明:环氧氯丙烷的加入显著提高了纤维的断裂伸长率,对纤维热稳定性和残碳率的影响很不,即改性纤维仍保持了纯酚醛纤维高残碳率和高热稳定性的特点.     

三维五向碳/酚醛编织复合材料的拉伸性能及破坏机理

 对不同编织角、不同体积含量的三维五向碳/酚醛编织复合材料进行了纵向（编织方向）拉伸实验和横向拉伸的对比实验,获得了这些编织复合材料的主要拉伸力学性能。实验后对拉伸试件的断口进行了照相和扫描电镜观察,分析了材料的变形及其破坏机理。实验结果表明: 编织角仍是影响三维五向编织复合材料拉伸力学性能的主要因素,并且复合工艺的质量对复合材料的力学性能有重要影响。此外,发现三维五向碳/酚醛编织复合材料的横向拉伸与纵向拉伸具有完全不同的破坏机制。     

溶胶-凝胶法制备SiO2 -TiO2 / 聚酰亚胺杂化材料及其性能

采用溶胶-凝胶法制备了纳米SiO2-TiO2溶胶,然后通过共混法制得SiO2-TiO2/聚酰亚胺杂化材料,SEM、DMTA和TGA等方法研究了无机组分的含量对聚酰亚胺性能的影响。结果表明:SiO2-TiO2/聚酰亚胺杂化材料的冲击强度和弯曲强度随无机粒子含量变化而变化,当无机粒子含量为3%(质量分数)时二者出现最大值,其冲击强度较纯树脂提高了177%,弯曲强度提高了54.6%。另外,随着SiO2-TiO2无机材料的增加,杂化材料热稳定性亦有所提高。     

半潜入喷管收敛段碳/酚醛材料烧蚀特性

采用流固热耦合数值方法,以及Abaqus的ALE（arbitrary Lagrangian-Eulerian,任意拉格朗日欧拉方法）自适应网格技术,对位于半潜入喷管收敛段的碳/酚醛的烧蚀现象进行了预估,与试验结果进行了对比分析。结果表明:在收敛段,Al/Al₂O₃液滴或颗粒对材料的传热烧蚀起到了关键作用,当气流与材料表面平行时,液滴或颗粒的影响很小;从碳/酚醛热分解角度出发,基于完全碳化即被剥蚀的假设,基本能够预估碳/酚醛材料的烧蚀特征,烧蚀速率大约为0.3 mm/s;后效碳化对材料碳化过程的影响明显,发动机工作期间,分解层的厚度大约为2.0 mm,考虑后效作用,分解层厚度可能会增加至4.0 mm左右;与喉衬接触的材料区域,喉衬的传热会明显加剧材料的碳化过程。      

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。     

纳米碳黑对酚醛树脂力学性能的影响

以纳米碳黑作为增强材料制备纳米复合材料，研究了不同的纳米碳黑含量对纳米复合材料力学性能的影响，采用扫描电镜观察复合材料断裂界面、X射线衍射表征复合材料碳化后的结构。研究结果表明，纳米碳黑粒子使酚醛树脂的弯曲强度、压缩强度得以提高。     

空心石英纤维/酚醛树脂复合材料的结构与性能

将石英纤维空心化,并通过模压成型方法制备了空心纤维/酚醛树脂复合材料。结果表明,空心纤维的空腔直径为4～7μm,随着纤维空心度增大(0～0.5),纤维的力学强度提高。在相同的纤维体积分数下,当纤维空心度从0增大到0.5时,复合材料的密度和热导率分别从1.63 g/cm3和0.49 W/(m·K)降低到1.46 g/cm3和0.41 W/(m·K),烧蚀性能保持不变。采用此方法制备的空心纤维/酚醛复合材料同时具有良好的隔热、防热性能。     

RTM型耐烧蚀酚醛树脂性能研究

对一种可用于RTM工艺的酚醛树脂的成型工艺性能和浇铸体性能进行研究,采用流变性能测试、热失重分析、氧-乙炔烧蚀等方法进行表征。结果表明:树脂的低黏度平台(≤800 mPa·s)长,且65~80℃的适用期均大于2 h;树脂浇铸体在800℃N2氛围下残碳率为61.38%,线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.167 mm/s和0.065 4 g/s。说明这种树脂可用作RTM注射成型且适合作为烧蚀防热复合材料的基体。     

环境温湿度对低密度烧蚀材料施工窗口的影响

为了研究环境温湿度对低密度烧蚀材料施工窗口的影响,将低密度预混料在室内放置不同的时间后,再对其进行后续的灌注、固化、加工等处理,进而讨论基体黏度对烧蚀材料的宏观微观形貌及施工工艺的影响。结果表明:基体黏度随放置时间的增加而增加,且有拐点,拐点后环境温湿度对基体的黏度影响更加显著,温湿度越大,基体黏度增大越快;拐点前后灌注的低密度材料的密度、宏观形貌没有明显差别,但拐点前灌注的材料填料在树脂中分布均匀,树脂充分浸润填料,而拐点后灌注的材料填料分布不均匀,树脂不能充分浸润填料,存在孔隙。说明低密度预混料应在基体黏度拐点前进行灌注,环境温度湿度越大,施工窗口越短,反之亦然。     

PVC 阻燃酚醛纤维的制备及其性能

以聚氯乙烯(PVC)改性酚醛树脂为原料,采用熔融纺丝法制备出PVC阻燃酚醛纤维.通过SEM、DMA、TG、Fr-IR等分析手段,对PVC阻燃酚醛纤维的结构和性能进行了研究.与纯酚醛纤维相比,PVC阻燃纤维的韧性和阻燃性提高,但其热稳定性和残碳率稍有降低.当PVC含量为0.5wt％时,其拉伸强度从123 MPa提高至150 MPa,极限氧指数从32.1％提高至38.5％,在空气气氛下600℃的残碳率从87.4％降至70.9％,在氮气气氛下1 000℃的残碳率从62.8％降至59.7％.     

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。     

模压石英/ 酚醛复合材料的力学和热物理性能

采用力学、热物理等测试方法,研究模压成型石英/酚醛复合材料制品性能,并与模压成型高硅氧/酚醛复合材料制品进行了对比分析。结果表明,模压石英/酚醛复合材料具有较好的力学性能,而且其线胀系数是模压高硅氧/酚醛复合材料的一半,在中低焓值、较低热流、较长烧蚀时间条件下具有很小的热变形。     

一种弹性低密度耐高温隔热涂层

针对固体火箭发动机实际使用的热环境要求,研制了一种弹性低密度耐高温隔热涂层,通过石英 灯辐射和电弧风洞试验对其进行了防热性能考核。该涂层密度为0. 62 g/ cm3,伸长率为25%,热导率为0． 18 W/ (m·K);在401℃时DSC 失重率仅为6. 6%;验证考核表明,采用1. 0 mm 涂层时,壳体与涂层界面温度最高 为77. 3℃,壳体背温度最高为44. 5℃。