烧蚀材料综述

简述了烧蚀材料的分类和评价方法,重点介绍了常用的基体和增强体纤维的种类及其性能,展望了烧蚀材料今后的发展方向。

铁质金属杂质对酚醛树脂基复合材料防热性能的影响研究

采用氧-乙炔烧蚀试验方法研究了掺杂铸钢砂杂质的酚醛树脂/高硅氧布复合材料的烧蚀性能,并利用X射线对烧蚀前的试样进行了无损检测。结果表明,X射线透射可以明显地显示铸钢砂的透射影像。复合材料的烧蚀率随着杂质粒径的减小而增加,随着杂质含量的减少而减小;掺有杂质的试样烧蚀后出现分层。

纤维编织增强酚醛树脂基热防护材料研究进展

介绍了二维织物、2.5维织物、三维织物等纤维预制件的结构特性,分析总结了各种纤维预制件的发展及研究状况,综述了三维编织增强酚醛树脂基热防护材料及其树脂传递模塑成型工艺研究进展。总结了目前研究中存在的问题,并对未来的研究趋势进行了展望。指出三维编织复合材料是不分层的整体结构,其比强度、比模量高,力学性能和功能性优异,开展编织复合材料力学性能有限元分析、结构与功能一体化设计、低成本制造工艺等研究是十分迫切的。在此基础上,开展多种编织工艺、多种纤维混合编织也是新的研究方向,特殊形状的一次性编织复合材料的力学性能研究有待进一步深入。

高温处理对酚醛树脂基复合材料性能的影响

以自制的酚醛树脂（PF）为基体,玻璃纤维布（GFC）、高硅氧玻璃纤维布（HSGFC） 和碳纤维布（CFC）为增强体,采用铺层模压法制备了PF/GFC,PF/CFC 和PF/HSGFC 复合材料,并在200～800℃范围内对复合材料进行了高温处理,研究了不同处理温度对这3 种复合材料失重率和力学及烧蚀性能影响.结果表明,当处理温度高于400℃后,3 种复合材料的失重率随处理温度升高逐渐增大,其中,PF/CFC 的失重率最大,而PF/GFC 的失重率最低;但800℃下3 种复合材料的失重率均在10% 以下.随处理温度升高,3 种复合材料的弯曲强度、压缩强度、拉伸强度总体上均先增大后减小,当处理温度为400℃达到最大,烧蚀性能具有与力学性能相反的变化趋势.在400℃的处理温度下,PF/GFC 的弯曲强度、质量烧蚀率和线烧蚀率最高,拉伸强度最低;PF/CFC 的压缩强度、拉伸强度最高,线烧蚀率最低;而PF/HSGFC 的压缩强度和弯曲强度最低,其质量烧蚀率也最低.

不同种类碳纤维增强酚醛树脂烧蚀复合材料的性能对比

对比了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(PCF)和粘胶基碳纤维(RCF)的密度、平均比热容、拉伸性能,分析了PCF和RCF的表面形貌,研究了PCF增强S-157酚醛树脂(S-157 PF)复合材料(S-157 PF/PCF)和RCF增强S-157PF复合材料(S-157 PF/RCF)的烧蚀性能和弯曲性能,并对复合材料弯曲断口的微观形貌进行分析。结果表明,与PCF相比,RCF的密度略小,平均比热容略大,纤维表面粗糙,拉伸性能远低于前者;S-157 PF/RCF的烧蚀性能优于S-157 PF/PCF,但弯曲性能较差。

火炮身管内膛修复技术研究

为了延长炮管使用寿命,以金属表面摩擦自修复机理为基础,研制了一种炮管用磨损烧蚀修复材料,在100mm滑膛炮及130mm线膛炮上进行了射击修复试验,对内膛修复效果及身管延寿效果进行了分析,证明以该种方式进行火炮身管延寿是可行的,为火炮身管延寿提供了一种新的技术途径。

碳纤维上浆剂及其对复合材料界面性能的影响研究进展

首先介绍了碳纤维上浆剂的作用及分类,将上浆剂主要分为溶液型、乳液型、水溶型3类并指出了各自的特点。然后综述了上浆剂的制备及其与环氧树脂、聚丙烯、聚醚酮类树脂、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚酰胺等树脂基体的匹配情况,着重介绍了上浆剂对复合材料界面性能的影响。最后指出高性能化、多功能化、进一步细分化将是碳纤维上浆剂未来发展的重点。

纳米TiO_2粒子改性硼酚醛树脂/纤维复合材料

采用原位生成法对硼酚醛树脂(BF)进行了纳米TiO_2粒子改性,并采用傅立叶变换红外光谱、热重分析等测试方法对改性前后BF的结构、热性能进行了表征和对比,在此基础上对比了高硅氧纤维(HSGF)、碳纤维(CF)增强BF复合材料的弯曲性能和耐烧蚀性能。结果表明,纳米TiO_2具有尺寸小、比表面积大等典型的纳米效用,这些特征使纳米TiO_2与聚合物形成强物理化学作用,提高两者的结合力。加入质量分数3%的纳米TiO_2可使BF的热残留率提高12%。BF/CF/TiO_2复合材料的力学性能和耐烧蚀性能最优,其弯曲强度较BF/CF复合材料提高6%,拉伸强度提高19%,压缩强度提高12%;而BF/HSGF/TiO_2复合材料的弯曲强度较BF/HSGF复合材料提高8%,拉伸强度提高15%,压缩强度提高10%。

延寿修复材料在身管武器上的应用研究

为了研究延寿修复材料对武器身管的修复延寿效果,开展了延寿修复材料的应用研究。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、烧蚀试验机、摩擦磨损试验机等对延寿修复材料的形貌、相结构、烧蚀性能、腐蚀性能、摩擦磨损性能进行了表征;并利用某型枪、某型滑膛炮进行了实弹射击试验。研究结果表明:修复后,在金属表面附着一层涂层材料,枪管及炮管表面的凹坑、裂纹逐渐被填补,表面渐趋光滑;修复材料使用后能够明显降低枪管温升,且不会对枪的精度产生影响;对于中小口径火炮,修复材料可在一定范围内增大弹丸初速,减小膛径磨损量。

碳纳米管含量对聚酰亚胺/碳纤维复合材料性能的影响

以聚酰亚胺(PI)为基体、碳纤维(CF)和碳纳米管(CNTs)为复合增强体,采用热模压工艺制备了不同CNTs含量的PI/CF/CNTs复合材料。采用电子拉力机、动态热机械分析仪和热重分析仪研究了PI/CF/CNTs复合材料的力学性能、动态力学性能和热稳定性。结果表明,与未加CNTs的PI/CF复合材料相比,CNTs含量为PI质量的0.2%时,PI/CF/CNTs复合材料具有最佳的常温力学性能,其中常温拉伸强度提高19.5%,常温弯曲强度提高20.6%,常温层间剪切强度提高14.7%,玻璃化转变温度则由357℃提高到451℃;CNTs含量为PI质量的0.05%时,PI/CF/CNTs复合材料具有最佳的高温力学性能,其中400℃拉伸强度提高15.8%,400℃弯曲强度提高9.6%,400℃层间剪切强度提高12.8%。CNTs的添加对PI/CF/CNTs复合材料的热稳定性几乎没有影响。

金属杂质对高硅氧纤维/酚醛复合材料烧蚀性能质量影响

采用氧-乙炔烧蚀试验方法研究了高硅氧/酚醛复合材料搀杂金属杂质的烧蚀性能,并采用扫描电镜对烧蚀后复合材料的表面形貌进行了分析测试。结果表明:复合材料的烧蚀率随着金属杂质尺寸的增大、数目增多而增加,随着夹杂位置H1增大而减小;搀杂大尺寸金属杂质的高硅氧纤维纱/酚醛复合材料烧蚀后表面有一个很深的凹坑,凹坑底部的高硅氧纤维几乎裸露,凹坑的上边缘出现明显的横向裂纹。

热处理温度对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料性能影响

利用模压法制备了碳纤维增强聚酰亚胺(PI/CF)复合材料,然后分别在300,350,400,450℃下对PI/CF复合材料进行1 h热处理。采用电子拉力机、光学显微镜、动态热机械分析仪和热重分析仪研究了PI/CF复合材料的力学性能、断面形貌、动态热机械性能和热稳定性能。结果表明,相比于未经热处理的PI/CF复合材料,热处理后复合材料的常温拉伸性能略有降低,常温弯曲性能略有提高,常温层间剪切强度可提高9.2%;400℃拉伸强度可提高21.1%,400℃拉伸弹性模量可提高9.4%,400℃弯曲强度可提高21.8%,400℃弯曲弹性模量可提高12.2%,400℃层间剪切强度可提高24.9%;玻璃化转变温度由354℃提高到440℃;起始热分解温度由550.4℃提高到573.9℃。

四种烧蚀复合材料用纤维的对比

对比了T–700碳纤维(T–700 CF),高硅氧玻璃纤维(HSGF),S–2高强玻璃纤维(S–2高强GF),连续玄武岩纤维(CBF)4种纤维的密度和拉伸性能,并采用扫描电子显微镜、X射线荧光光谱,差示扫描量热及热重等测试技术对这4种纤维的表面形貌、化学组成、比热容及热稳定性进行了表征和对比。结果表明,T–700 CF,HSGF,S–2高强GF和CBF 4种纤维的密度由小到大的顺序为T–700 CF<HSGF<S–2高强GF<CBF,拉伸强度由小到大的顺序为HSGF<S–2高强GF<CBF<T–700 CF,T–700 CF的拉伸弹性模量最高,而S–2高强GF的断裂伸长率最高。T–700 CF的直径最小,CBF的表面最粗糙。在相同温度下,200℃以前T–700 CF和CBF的比热容基本一致,200℃以后4种纤维的比热容由小到大的顺序为S–2高强GF<HSGF<CBF<T–700 CF。在相同温度下,4种纤维的失重率由小到大的顺序为CBF<S–2高强GF<HSGF<T–700 CF。

玻璃纤维/甲基丙烯酸改性环氧树脂复合材料制备

通过甲基丙烯酸(MAA)与环氧基团之间的反应得到MAA接枝改性的环氧树脂,然后采用真空灌注工艺制备了玻璃纤维/MAA改性环氧树脂复合材料,研究了反应时间、催化剂用量对MAA接枝率的影响以及MAA接枝率、苯乙烯含量、纤维含量对复合材料性能的影响。结果表明,反应时间5 h后MAA接枝率达到最大值;催化剂用量为环氧树脂质量的0.35%时MAA接枝率最高且反应平稳;MAA接枝率越高复合材料的力学性能越高;苯乙烯含量为15%时,复合材料的拉伸强度达到最大值,苯乙烯的含量为10%时,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度达到最大值;纤维含量为60%时复合材料的力学性能最佳。

贯穿钢针对酚醛树脂基复合材料防热性能的影响研究

采用烧蚀率作为综合评价指标,研究了贯穿钢针对高硅氧纤维纱/酚醛树脂复合材料烧蚀性能的影响。并利用X射线对烧蚀前的试样进行了无损检测。最后,采用扫描电子显微镜对烧蚀后复合材料的表面形貌进行了分析测试,并初步探讨了贯穿钢针对复合材料烧蚀防热性能的影响机理。结果表明:贯穿钢针增大了复合材料的烧蚀率,但不会发生烧穿现象。

不饱和聚氨酯胶膜的制备及在防弹透明结构材料中的应用

采用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇、丙烯酸羟丙酯(HPA)合成了不饱和聚氨酯树脂,加以活性稀释剂、光敏剂安息香乙醚配制成胶液,经光固化制得胶膜。分析了HPA、活性稀释剂用量对胶膜拉伸强度、断裂伸长率等性能的影响,发现当胶液中HPA质量分数为9%、活性稀释剂质量分数为56%时胶膜的综合力学性能较好。对胶膜进行1008 h紫外辐照老化试验,测得拉伸强度保持率为70%,断裂伸长率保持率为78%。将最优配方下的胶液灌注在透明陶瓷、无机玻璃、有机玻璃之间,经光固化复合成防弹透明结构材料。对防弹透明结构材料进行了60 d阳光曝晒试验,测得透光率保持率为98.6%,并进行了7.62 mm枪弹射击试验,测得弹丸未穿透防弹透明结构材料、背板无飞溅物产生。

弹箭用先进复合材料研究进展

介绍了弹箭用先进复合材料的分类,分析了各类不同的轻质复合材料和热防护复合材料的应用现状及种类,结合弹箭武器应用阐明了先进复合材料的发展趋势。

中空复合材料结构件模态分析

提出了2种中空结构的碳纤维复合材料结构件,包括通孔结构[结构件(1)]和在结构件(1)通孔的最高处增加1个4mm宽的筋结构[结构件(2)]。利用ANSYS有限元软件对2种结构件进行模态分析,得到了结构件在不同结构形状下层压材料的应力应变云图,通过模态扩展,得到了对应结构件的变形量。结果表明,结构件的最大应力发生在靠近根弦的地方,对比2种结构件,中空孔添加4mm的支撑筋后,最大变形量从57.3mm减小到13.9mm,刚度提高了75.77%。

少烟包覆材料的制备及性能研究

以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚醚多元醇等为主要原材料,通过合成A、B两组分预聚物,并添加催化剂、阻燃抑烟剂等材料制备了少烟包覆材料。性能测试表明,此包覆材料具有光信号透过率高、拉伸强度高、抗硝苷迁移好及与推进剂相容性好等性能,达到了少烟的目的。

新型烧蚀隔热涂料的研制

对烧蚀隔热涂料的填料种类进行了优选,以E-20环氧树脂为基体,制得2种新型烧蚀隔热涂料。并对2种涂料的密度、附着力、耐冲击和导热系数进行了分析。研究结果表明,氢氧化镁和滑石粉适于用作烧蚀吸热填料,阿罗中空玻璃微珠适于用作低传导隔热填料;2种涂料都具有良好的热性能、常规物理性能和突出的隔热效果,都适合用于烧蚀隔热领域;涂料Ⅰ的热性能优于涂料Ⅱ,密度和导热系数分别为1.2g/cm3和0.18W/(m·℃),均小于涂料Ⅱ,分别为后者的92.3%和85.7%,更适合用于烧蚀隔热领域。