纳米炭粉改进碳/酚醛材料层间性能研究

本文研究了纳米炭粉对碳 /酚醛材料层间性能的改善 ,尤其是在高温和湿热环境下的效应 ,分析了纳米炭粉的增强机理。结果表明 ,纳米炭粉含量为 10 % (质量分数 )时 ,碳 /酚醛材料层间性能最佳。添加纳米炭粉可显著提高碳 /酚醛材料高温层间性能 ,改善耐湿热性。 90 0℃碳化后 ,层间剪切强度为 5 .4MPa ,而不含纳米炭粉时仅为 1.7MPa。

一种多孔碳酚醛材料的层裂实验研究

在利用一级轻气炮加载技术的基础上,确定了一种多孔酚醛材料在一定的冲击速度下的自由面粒子速度时程曲线,并通过对实验数据和得到的曲线分析研究了密度为0.71g/cm3的多孔酚醛样品的层裂特性,得到了其在不同冲击速度下的层裂强度和层裂厚度;通过对该材料自由面时程曲线的分析得到了其D-up型Hugoniot冲击绝热曲线.

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.

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 。

表面处理对碳/酚醛材料层间性能影响的研究

本文分别研究了在有氧与无氧状态下表面处理对碳 /酚醛材料界面特性的改善 ,尤其是在高温环境下的变化。通过扫描电镜 (SEM)、电子能谱 (XPS)研究了不同状态处理下的碳布 ,测试了碳 /酚醛复合材料的剪切强度。研究表明 ,在 5 0 0～ 6 0 0℃有氧状态下处理的碳

碳酚醛材料烧蚀特性分析与工程计算

为构建球双锥飞行器使用碳酚醛烧蚀防热材料的热环境与烧蚀特性的数学物理模型,建立相关计算软件,研究飞行器在高超声速流场中的热环境及烧蚀特性,应用几何流线法建立了有攻角情况下球双锥体表面热流密度计算方法;基于碳酚醛防热材料的烧蚀机理,建立了对应的烧蚀模型,构造了壁面烧蚀的工程计算方法。

酚醛树脂基复合材料传热-热解模型构建与试验研究

针对现有酚醛树脂基复合材料传热-热解模型忽略产物气体渗流可压缩效应的问题,建立了考虑热解气体可压缩流动的酚醛树脂基复合材料传热-热解模型。通过可压缩压力耦合方程组半隐式方法,求解完整的Navier-Stocks方程,以实现对热解气体可压缩流动的模拟,而非现有模型普遍采用的不可压缩Darcy方程;改进了热解度的计算方式,提高了孔隙动态演化时热解区域材料物性插值的准确性。以一种酚醛树脂基复合材料——酚醛气凝胶复合材料为例,通过热质量试验数据,推导了热解动力学模型。测量了完全热解前后材料的关键计算输入参数。通过10 kPa低气压热试验测得了1000℃加热下材料的背温。结果表明:酚醛气凝胶复合材料存在200~550℃、550~800℃、800~1200℃共3个主要热解区间;完全热解前、后,材料孔隙率分别为0.568、0.484,渗透率分别为10^(-13)、10^(-12) m^(-2)。计算模型与试验结果吻合较好,最大相对误差为9.2%;热解气体向舱内渗流形成富集区域的现象对材料隔热有负面影响,但低导热系数和产物气体热阻塞作用仍使材料具备优异的防隔热性能。

碳纳米管对酚醛树脂基复合材料性能的影响

为制备具有隔热、耐烧蚀、电磁屏蔽等多功能集成的结构复合材料,满足武器装备对多功能复合材料的迫切需求,采用超声波分散的工艺将碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)在树脂基体中进行分散,并制备CNTs改性国产碳布/酚醛复合材料。经对CNTs改性国产碳布/酚醛复合材料的层间性能检测,当CNTs含量达到1.5%时,其层间剪切强度提高57.4%。对CNTs改性定向国产碳纤维/酚醛树脂复合材料的弯曲性能、层间性能和抗冲击性能都进行检测。检测结果表明,经CNTs改性后,定向国产碳纤维/酚醛复合材料的力学性能和模量均得到了大幅提高。对CNTs改性短切高强玻璃纤维/酚醛树脂基复合材料的导电性能和导热性能进行了研究。研究结果表明:随着CNTs含量的提高,短切高强玻璃纤维/酚醛树脂基复合材料的电阻率呈数量级速度降低,当CNTs含量达到14%时,复合材料的电阻率由10^(10)Ω·m降低到了10^(-2)Ω·m,复合材料由绝缘体转变为导体;当CNTs含量小于6%时,复合材料的导热系数虽有提高,但与复合材料电性能相比提高幅度不大。

高温下平纹编织碳/酚醛复合材料等效热导率的理论预测及分析

高温下平纹编织碳/酚醛复合材料的热学性能研究是一个难点。根据材料的微观结构演变及热解机理,将三相周期性立方消融模型与现有的两相复合材料模型相结合,构建了平纹编织碳/酚醛复合材料热导率的理论预测模型。综合考虑酚醛基体孔隙率、增强碳纤维体积分数以及温度等因素,研究了酚醛和碳纤维材料、基于微观特征体积单元的碳纱线以及基于介观特征体积单元的平纹编织碳/酚醛复合材料在高温下热导率的动态响应,并对材料热导率的各向异性进行了分析。随着纱线含量的增加,碳/酚醛复合材料在平行织面和垂直织面上的热导率都会增加,并且平行织面方向的热导率比垂直织面方向大4~10倍。所建模型可以用于预测高温下酚醛材料及碳纤维材料、碳纱线和平纹织物复合材料的等效热导率。

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 2 70MPa ,比一般碳 /钡酚醛材料提高 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/酚醛复合材料烧蚀过程热应力分析

为了评价防热材料的烧蚀性能,利用有限元软件ANSYS对碳/酚醛复合材料烧蚀过程中热应力的分布与演化规律进行了数值模拟.计算了恒定热流边界条件下材料的瞬态温度场和热应力场,采用蔡-希尔准则对材料热解区进行了破坏分析.数值计算结果与试验测试及图像分析结果的比较表明,随烧蚀过程的进行,材料热影响深度逐渐增大,温度梯度减小;材料热解区存在因热膨胀引起的热应力峰值,并随烧蚀过程逐渐后移,热应力是导致材料裂纹产生并扩展的主要原因.

高硅氧/酚醛复合材料烧蚀环境下的吸热机理

通过分析高硅氧/酚醛复合材料烧蚀过程中的吸热机制,结合表面烧蚀理论和边界层空气动力学关系,应用质量引射影响系数的半经验公式,建立了烧蚀环境下吸热机理的理论预报方法,并利用氧乙炔焰动态烧蚀实验对该理论预报方法进行了验证。根据烧蚀过程达到稳态时烧蚀材料表面的能量守恒原理,推导了各吸热机理与总吸热量的比重关系,在给定的烧蚀环境工况下,预报了各吸热机理占总吸热量的比重。结果表明,熔融高硅氧纤维的蒸发吸热对总吸热量的贡献最大,所占比重为44.9%,是主要的吸热机制;材料的热容吸热和烧蚀材料向外界环境的热辐射占总吸热量的比重分别为22.3%和20.1%;树脂热解吸热所占比重很小,仅为1.0%,但热解气体引射进入边界层产生热阻塞效应占总吸热量的比重较大,为11.7%。

溶剂对石英/酚醛复合材料RTM成型浸润过程及性能影响

对比研究乙醇、丙酮和四氢呋喃(THF)溶剂对RTM成型石英/酚醛复合材料溶液浸润过程和性能的影响。采用高效液相色谱(HPLC)和X射线电子能谱(XPS)研究酚醛树脂组成及其在石英纤维表面的动态吸附行为。结果表明,溶剂与酚醛树脂分子之间在石英纤维表面形成竞争性吸附,石英纤维表面硅烷偶联剂和不同酚醛树脂溶液组分间发生界面化学反应,从而影响树脂在RTM模具内部不同位置的分布和复合材料的力学性能。随着溶剂形成氢键能力的增强,其影响程度依次为四氢呋喃、丙酮、乙醇。

球磨法制备氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料的力学性能和动态力学性能

为了解决氧化石墨烯(GOs)的制备及在聚合物复合材料中的分散问题,文中采用球磨法制备GOs,通过原位聚合法制备GOs/酚醛(PF)原位树脂,通过辊炼、模压成型工艺制备GOs/PF原位复合材料。研究GOs添加量对酚醛复合材料力学性能和动态力学性能的影响,采用X射线衍射和Raman光谱对GOs结构和性能进行表征,采用凝胶渗透色谱、差示扫描量热分析和热重分析对原位树脂相对分子质量、固化性能和热性能进行表征,采用扫描电镜对复合材料的冲击断面进行形貌观察。结果表明,GOs添加量为0.25%时,GOs/PF原位复合材料的冲击强度、弯曲强度和储能模量相比纯酚醛复合材料分别提高了21.8%,13.8%和25.8%。扫描电镜结果表明,GOs/PF原位复合材料的断面上可见明显的片状GOs。

高硅氧/酚醛复合材料热变形实验测试及表面烧蚀形貌分析

通过非接触式高温变形测量系统,对高硅氧/酚醛防/隔热复合材料在单侧热流载荷作用下的温度和全场高温变形进行了精确测量,并对试样体积烧蚀后的表面微观形貌进行分析。实验结果表明,利用陶瓷板在1 000℃左右对高硅氧/酚醛复合材料试件辐射加热200 s后,通过测量发现距离加热面12.62 mm处热电偶温度峰值为259℃,从而说明高硅氧/酚醛复合材料具有优良的防/隔热性能。通过DIC方法测得试样加热200 s后沿加热方向的最大位移为0.18 mm,且沿着试样加热方向位移呈现出逐渐递减的规律。通过对材料烧蚀后表面形貌微观观测和分析,发现在试样加热面上出现了凹凸不平的烧蚀坑,并出现了一层很薄的高硅氧纤维高温熔融后的硅氧化合物颗粒结晶状物质。

蒙脱土对炭/酚醛树脂复合材料性能的影响

为了提高炭/酚醛树脂复合材料的烧蚀性能,采用蒙脱土(MMT)对炭/酚醛树脂复合材料进行了改性研究,结果表明,有机化处理可使MMT片层的间距明显增大;处理后的MMT在酚醛树脂中的分散状态与MMT的含量有关。当酚醛树脂中MMT含量较低时,MMT主要以剥离的片层形式分散于酚醛树脂中,当酚醛树脂中MMT含量较高时,插层的MMT结构的含量增大;炭/酚醛树脂复合材料的层间剪切强度随MMT含量的增大而增大,在MMT含量达到8%后,趋于稳定。炭/酚醛树脂复合材料的烧蚀率随MMT含量的增大先降低,在MMT含量约为8%时达到最小值,随后随MMT含量的增大而升高。MMT对炭/酚醛树脂复合材料质量烧蚀率的影响小于线烧蚀率。

热物理性能对高硅氧/酚醛复合材料烧蚀性能的影响

根据高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理,建立了包括烧蚀退移层、化学反应边界层、液态层、炭化层、热解层、原始材料层的自外向内的物理模型,针对平板烧蚀问题,预报了热导率、比定压热容、驻点焓值等热物理性能对高硅氧/酚醛复合材料的表面烧蚀后退率、壁面温度、气化烧蚀速率、热阻塞效应因子、气化分数等烧蚀性能的影响。结果表明,低热导率能使表面烧蚀后退率明显降低,但却使壁面温度、热阻塞效应因子及材料的气化分数升高;而高的比定压热容则能大大降低表面烧蚀后退率和壁面温度;随驻点焓值的增加,表面烧蚀后退率和壁面温度都增大。

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

低烟低毒型阻燃酚醛复合材料的制备与性能表征

从分子水平上研究了固化工艺对酚醛/玻纤复合材料(GRPC-1)基体结构和抗冲击性能的影响,探讨了酚醛基体和阻燃添加剂在燃烧过程中的成分结构演变与阻燃机制。在此基础上通过酚醛结构与配方设计及制备工艺优化,制备出一种兼具低烟低毒性能和良好抗冲击性能的GRPC-1,燃烧4 min时的烟密度Ds值为5,CO的释放浓度为2.75×10-4,无HCN、HF、HCl、SO2、NOx等有毒有害气体释放,抗冲击强度达到25.6 m˙N。结果表明,GRPC-1的烟密度和毒性气体释放性能达到进口材料(Cycom2290/7781)实测水平。

三维整体编织碳/酚醛复合材料烧蚀表面状态测试与分析

为了更好地研究三维整体编织碳 /酚醛复合材料的成型工艺对材料烧蚀性能的影响 ,选用不同纤维体积分数和不同编织结构的碳 /酚醛复合材料试样 ,进行烧蚀试验 ,利用TalyScan 15 0型表面粗糙度测试仪对试样烧蚀后的表面进行测试 ,并采用多种分析方法对测试结果进行分析。从分析结果可以看出三维四向结构的碳 /酚醛复合材料随着纤维体积分数的增加 ,烧蚀性能变好 ,较低纤维体积分数 (5 0 % )的三维五向结构碳 /酚醛复合材料具有较好的烧蚀性能。