纳米炭粉对炭/酚醛材料性能的影响

用纳米级炭粉对炭 /酚醛复合材料性能进行了改进。对纳米级炭粉加入后酚醛树脂的热解性能 ,材料的烧蚀性能、常温下力学性能、热性能及炭化后材料的层间剪切强度的测定结果表明 ,材料性能得到不同程度的提高 。

炭/酚醛预浸布树脂含量的β-射线连续监测

利用自行建立的β-射线监测系统对炭/酚醛预浸布的树脂含量进行了连续监测研究。根据实验数据拟合出了树脂含量与β-射线监测系统输出信号间的定量关系式,同时分析了β-射线源的稳定性、炭纤维布的波动性对监测精度的影响。连续监测结果表明,该β-射线监测系统具有较高的测量精度,可以用于预浸布树脂含量的连续、在线监测。

基于热解动力学炭/酚醛燃气舵流热耦合数值研究

针对炭/酚醛燃气舵体积烧蚀问题,在Fluent平台上利用UDF二次开发进行了二维非定常流热耦合数值研究。对几何建模、材料变热物性模型及边界条件等问题进行了详尽的描述,并选取了合适的计算模型。对不同舵偏角下燃气舵温度分布、材料密度及边界热流密度等参数进行了分析研究。计算结果表明,燃气舵前缘一直是体积烧蚀最严重区域,随着舵偏角的增大,迎风面体积烧蚀越为严重;由于炭/酚醛材料的特殊性,随着工作时间的推进,从边界进入燃气舵内部热流密度逐渐降低,趋于一个稳定值。研究方法及结论可用于炭化烧蚀类复合材料燃气舵热分析研究。

炭/酚醛燃气舵烧蚀性能

选用梯形舵面、六边形翼型设计,以炭/酚醛复合材料为原材料制作了炭/酚醛燃气舵,用短时间工作的固体火箭发动机提供地面射流环境。采用光栅式三维扫描仪获取烧蚀前后舵面形貌,得到了舵面烧蚀量云图,研究了15°舵偏角炭/酚醛燃气舵在不同位置处的微观烧蚀形貌。研究结果表明,炭/酚醛燃气舵在工作结束后,前缘烧蚀量最大,约为(8±0.3)mm。0°舵偏角工况下,侧面烧蚀量较小,控制在0.2 mm以内。燃气舵发生偏转后,迎风面烧蚀量随着舵偏角的增大而增大,在20°舵偏角工况下,迎风面烧蚀量达到了0.8~1 mm;而背风面几乎不发生烧蚀现象。试验结果表明,炭/酚醛燃气舵能够在短时间内保证面烧蚀率要求的前提下正常工作。

氧化石墨烯和石墨相氮化碳增强炭/酚醛复合材料界面热烧蚀性能对比

为了提高炭/酚醛复合材料的烧蚀性能,分别采用两种炭纳米填料对纤维增强体界面进行改性。以氧化石墨烯(GO)和酸化石墨相氮化碳(ag-C_3N_4)改性低负载(0.05 wt%～0.2 wt%)的炭/酚醛复合材料。用氧乙炔火焰、SEM、XRD、Raman研究烧蚀面形貌与纤维石墨化度。结果表明:随着GO和ag-C_3N_4含量由0升至0.2 wt%,GO/CF-PR和ag-C_3N_4/CF-PR复合材料的耐烧蚀性能均呈现先增加后降低的趋势。其中以0.1 wt%添加量为最佳,0.1ag-C_3N_4/CF-PR和0.1GO/CF-PR复合材料比起纯的CF-PR的质量烧蚀率分别降低44.42%和28.96%,归因于ag-C_3N_4和GO可显著提高基体的炭残率和烧蚀区纤维表面的石墨化度。

炭/炭酚醛双基体烧蚀防热材料研究

分别采用PAN基及粘胶丝基炭布作为增强体,进行了一种新型的炭/炭 酚醛双基体烧蚀防热层板材料的探索研究。结果表明,炭/炭 酚醛双基体材料的密度基本与炭/酚醛材料的密度相当;弯曲强度与炭/酚醛材料及C/C材料相当,弯曲模量稍高于炭/酚醛材料而低于C/C材料。其层剪强度低于炭/酚醛材料和C/C材料,降低了30%～40%。炭/炭 酚醛双基体材料保持了炭/酚醛材料低热导率的特点,热膨胀系数低于炭/酚醛材料,但高于C/C材料,其线烧蚀率比炭/酚醛材料降低20%～40%。与PAN基炭布增强材料相比,粘胶丝基炭布表现出层剪强度高、密度低和模量低的优点,但热膨胀系数大和线烧蚀率较大。

酚醛及炭布/酚醛复合材料的热解行为

研究了高残炭率硼酚醛 (mass>70 % )炭化时的线性收缩率及PAN基炭布增强酚醛层压板复合材料的自由热应变。结果表明 ,硼酚醛在 430℃以前是膨胀行为 ,在 2 80℃达到最大膨胀量 1.8% ,在 80 0℃线性收缩率达 11.3%。炭布增强酚醛层压板两个方向在 5 70～ 5 80℃之间是零膨胀零应变 ,较纯酚醛推迟 140℃左右。在面内 (X—Y向 ) ,在 2 2 0～ 5 0 0℃是一个膨胀平台 ,最大自由热应变是 0 .15 % ;10 0 0℃最大自由热应变是 -0 .2 0 6 %。而在厚度方向 (Z向 ) 4 5 0℃达到 4.6 1%的最大正自由热应变 ,是X—Y向的 31倍 ;10 0 0℃最大自由热应变是 - 2 .34 % ,是X—Y向的 13倍。二维炭 /酚醛复合材料在炭化时的各向异性收缩 ,将导致在材料中产生高的热应力 。

炭化对聚丙烯腈/酚醛基炭/炭复合材料结构和力学性能影响（英文）

由湿法叠涂制得的聚丙烯腈(PAN)/酚醛基碳/碳(C/C)复合材料在高性能结构材料领域具有应用潜力.为了了解炭化步骤对聚丙烯腈/酚醛基碳/碳复合材料结构和力学性能的影响,进行了层间断裂韧性(模式II)测试.由于结构特征与裂纹形成机理的相互关系对C/CSiC复合材料的制备很重要,采用阿基米德方法、扫描电子显微镜(SEM)和三点弯曲试验对复合材料的结构进行表征.实验结果显示,碳/碳(C/C)试件的层间断裂韧性为碳纤维增强酚醛塑料(CFRP)试件的59.7%.

树脂基防热材料烧蚀性能表征的探讨

采用氧 乙炔烧蚀试验研究了传统炭布增强酚醛(钡酚醛)、硼改性酚醛及聚芳基乙炔三种防热材料(C/BaF、C/FB、C/PAA)的烧蚀性能。结果表明,这三种材料的质量烧蚀率和基体树脂的耐热性能一致,数据变异系数Cv较小(7.1%13.8%),可作为评价烧蚀材料烧蚀性能的重要指标;线烧蚀率数据的离散系数较大(23.9%232.5%),C/BaF和C/PAA材料出现了负的线烧蚀率现象,因此线烧蚀率不适宜作为评价2D树脂基防热材料烧蚀性能的指标。采用质量烧蚀率和烧蚀因子可较好地表征和比较烧蚀材料的烧蚀性能。

超声强迫浸渍预浸胶带研究

在炭布/树脂复合材料预浸过程中应用超声连续改性方法,对浸渍界面在线处理,采用金相及扫描电镜对超声强迫浸渍前后胶带的表观及截面进行了分析,表明在不改变胶带指标的情况下,超声处理后树脂已浸入炭纤维束,使得胶带的浸润性及浸渍均匀性均有较大改善。通过流体动力学和流体静力学对超声处理下的浸润过程进行了研究,结果表明,超声在酚醛树脂体系内引发的空化效应和声流搅拌作用,可在树脂体系中产生2.29×1011Pa的冲击压力,同时可促使树脂体系内分子以2.64 m/s的速度运动,使得酚醛树脂完全浸润炭纤维的时间缩短到3 min,快速促进了树脂在炭布表面的吸附、扩散和渗透,达到两者之间的良好浸润。