低密度高硅氧纤维/酚醛树脂基复合材料制备及性能研究

本文分别以高硅氧纤维毡、600℃热处理的高硅氧纤维毡以及高硅氧-玻璃纤维复合毡为增强体,以低密度酚醛树脂为基体,通过RTM工艺制得密度为0.6 g/cm 3的低密度高硅氧纤维增强酚醛树脂复合材料,研究了高硅氧纤维毡600℃热处理和在高硅氧纤维毡中掺混20 wt%玻璃纤维等两种方法对材料抗烧蚀性能、热物理性能、力学性能以及微观结构的改善效果。结果表明,热处理工艺对抑制高硅氧纤维增强酚醛树脂复合材料的热收缩效果较优,其室温至50℃、室温至150℃和室温至300℃条件下的线胀系数分别为4.87×10^(-6)/℃、-3.41×10^(-6)/℃和-6.88×10^(-6)/℃,材料的抗烧蚀隔热性能也较优,氧乙炔焰线烧蚀率为0.238 mm/s,150℃条件下的热导率为0.100 W/(m·℃),材料也具有较好的力学性能,拉伸强度为7.45 MPa,拉伸模量为1.11 GPa,断裂伸长率为0.5%。SEM分析表明,高硅氧纤维的刻蚀缺陷、基体的多微孔结构是导致材料热收缩的主要原因,纤维高温热处理是解决高硅氧纤维及复合材料热收缩的有效方法。

HGB改性酚醛/高硅氧布复合材料的制备及性能

采用高强中空玻璃微珠(HGB)改性酚醛树脂(PF),制备了PF/高硅氧布/HGB复合材料层压板,研究了HGB含量对复合材料烧蚀性能、密度、隔热性能的影响,同时采用扫描电子显微镜和金相电子显微镜观察了HGB的分布。结果表明,HGB均匀分散在纤维束与纤维束之间的树脂胶液中;适量的HGB可提高复合材料炭化层强度,从而提高复合材料的耐烧蚀能力;当HGB质量分数为5%时,复合材料氧-乙炔线烧蚀率和质量烧蚀率最低,分别为0.091 mm/s和0.066 9 g/s,比未添加HGB的降低了35.9%和20.1%;复合材料的密度随HGB含量的增加而降低;综合比热容、热扩散系数和导热系数的分析,当HGB质量分数为5%时,复合材料的综合隔热性能最好。

高硅氧玻璃纤维／酚醛树脂复合材料切削力的试验研究

通过用PCD刀具对高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的车削试验,采用正交试验和回归分析法,研究了切削用量三要素对切削力的影响规律,建立了切削力的经验模型。结果表明,背吃刀量是影响切削力的主要因素,增大背吃刀量时主切削力和进给力都显著增大;增大进给量也使主切削力增大,但其影响小于背吃刀量;而切削速度对切削力的影响很小。所建切削力经验公式可作为切削加工该复合材料时切削用量选择及切削力控制的依据。

PF/高硅氧布/HGB复合材料力学性能研究

采用高强中空玻璃微珠(HGB)改性钡酚醛树脂(PF)/高硅氧布复合材料,采用预浸料模压工艺制备了PF/高硅氧布/HGB复合材料层压板。研究了HGB含量对PF反应活性以及对PF/高硅氧布复合材料力学性能、线膨胀系数的影响。结果表明,HGB的加入使体系活性降低;随着HGB含量增加,复合材料的力学性能先提高再降低,当HGB质量分数为5%时,PF/高硅氧布/HGB复合材料的综合力学性能最好,拉伸强度为81.6 MPa,压缩强度为110.5 MPa,弯曲强度为141 MPa,剪切强度为16.6 MPa,比PF/高硅氧布体系分别提高了12.86%,16.07%,21.50%和7.80%;加入适量的HGB可提高体系的尺寸稳定性。复合材料断口形貌电镜分析表明,加入HGB会阻挡断裂裂纹继续扩展,使裂纹方向发生偏移,从而使复合材料力学性能提高。

不同刀具车削加工高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂切削力研究

为探索高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的切削加工性能,对该类材料进行大直径薄壁回转类零件的车削加工。采用四种不同刀具进行实验研究,获得了不同切削参数及不同刀具材料对切削力的影响规律。试验结果表明:切削用量三要素中,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,而切削速度的影响很小。当切削速度为119.32 mm/min、进给量为0.1 mm/r、背吃刀量为0.5 mm时,为最优切削参数。Ti-Al-Si-N纳米涂层硬质合金和超硬材料F2HX无涂层硬质合金刀具适合于低速加工,而PCD刀具则适合于高速加工。

Ablation Performance of a Novel Super-hybrid Composite

A novel super-hybrid composite (NSHC) was boron-modified phenolic resin (BPR) with three-dimensional reticulated SiC ceramic (3DRC) and high silica fibers. Ablation performance of the NSHC was studied. The results show that the linear ablation rate of NSHC was lower than that of pure BPR and the high silica/BPR composite. Its linear ablation rate is 1/17 of the high silica/BPR. Mass ablation rate of the NSHC is very close to that of the pure BPR and the high silica/BPR composite. Scanning electron microscope (SEM) analysis indicates that 3DRC has scarcely changed its shape at the ablation temperature. Its special reticulated structure can restrict the materials deformation and prevent high velocity heat flow from eroding the surface of the materials largely and thus increase ablation resistance of the NSHC.

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。

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。

模压高碳酚醛树脂基烧蚀复合材料制备与成型

采用常规性能分析、傅里叶变换红外光谱分析、差示扫描量热分析、热重分析、凝胶渗透色谱分析等对模压高碳酚醛树脂进行表征,通过模压成型分别制备了碳纤维和高硅氧纤维增强模压高碳酚醛树脂复合材料,测试了不同成型压力下两种复合材料的力学性能和耐烧蚀性能,最后通过超声无损检测方法对复合材料密实度进行表征。结果表明,模压高碳酚醛树脂苯环上以邻位取代为主,其游离酚和游离醛含量较低,180℃的凝胶时间低于50 s,适用于较高温度下的快速模压成型工艺;该树脂分子量小,对纤维的浸润性好,适宜的固化温度为(190±5)℃,900℃的残炭率可达67.13%。随成型压力增加,碳纤维和高硅氧纤维增强复合材料的拉伸和弯曲性能均逐渐提高,但当成型压力大于45 MPa后,增加趋势变缓;当成型压力为45 MPa时,两种复合材料具有最好的耐烧蚀性能,其中碳纤维增强复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.006 8 mm/s和0.055 9 g/s,高硅氧纤维增强复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.116 4 mm/s和0.070 8 g/s。通过超声无损检测方法可以初步判断碳纤维增强复合材料的密实度。

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。

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.

高硅氧纤维/酚醛复合材料产品的铣削加工工艺研究

针对高硅氧纤维/酚醛复合材料防热方块在传统加工过程中出现的产品掉渣、崩块等问题提出了一种新的工艺方法,通过设计合理的组合工装,改善产品装夹方式,避免了产品加工过程中出现明显的应力集中,有效解决了产品表观质量问题,有利于该类产品生产效率的提高。

高硅氧纤维增强酚醛树脂复合材料的制备及性能研究

采用酚醛树脂(PR)浸渍高硅氧纤维(QF)并调控浸渍用树脂浓度,制备了不同树脂浓度的PR/QF复合材料,并对其力学及热学性能进行表征。结果表明:随着PR浓度的提高,复合材料的热稳定性、残碳率均有提高;当浸渍用PR浓度为30%时,热导率达到相对较低值;随着PR浓度的增加,PR/QF复合材料弯曲强度和弯曲模量逐渐增大。PR/QF-3复合材料具有较好的力学性能及较低的热导率,可满足高铁刹车片的性能要求。