低密度纖維骨架增強泡沫碳的制備與結構性能演化.pdf

1、飛行器（導彈、火箭、飛船等）在熱焓低以及熱流密度較低的氣動熱環(huán)境下以較高的馬赫數(shù)長時間飛行，加熱時間較長，因此合適的熱防護系統(tǒng)對于飛行器的的成功運行起著至關重要的作用。本論文研究了低密度纖維骨架增強泡沫碳復合材料，以低密度、高孔隙率和低熱導率的碳粘結碳纖維骨架為基體，在骨架中浸漬酚醛樹脂，通過高溫裂解，制備出性能優(yōu)越的復合材料。
　　本課題是采用了低熱導率的粘膠基碳纖維，將其與酚醛樹脂混合得到水性漿料，通過壓濾成型、固化、碳化等工

2、藝流程制備了碳粘結碳纖維復合材料，制備出的碳粘結碳纖維骨架的密度在0.18~0.37g/cm3。由于材料在制備過程中加壓排水的方法會導致材料在結構上存在各向異性，面內(nèi)方向纖維各項隨機分布，性能變化不是特別的顯著，而在厚度方向上短切纖維層狀形式分布，碳粘結碳纖維骨架的密度分別為0.188g/cm3、0.193g/cm3、0.257g/cm3、0.364g/cm3，熱導率從0.064W/(m·K)增加到0.142W/(m·K)，材料的壓縮強

3、度從1.39MPa增大到4.07MPa，楊氏模量從12.3MPa增大到47.7MPa。
　　采用真空浸漬方法在碳粘結碳纖維骨架中浸漬酚醛樹脂，經(jīng)過固化、溶劑替換以及真空干燥等工藝流程制備酚醛樹脂浸漬碳粘結碳纖維骨架復合材料。材料的微觀結構與“霧凇”現(xiàn)象相似，由樹脂熱解碳連接的碳纖維與碳纖維之間之間填充大量的低密度、高孔隙率和低熱導率的酚醛樹脂。復合材料內(nèi)形成狹縫孔，孔徑大小多集中再40nm左右，隨著碳骨架密度的增加，孔徑也是在逐漸

4、減小的。復合材料的熱失重主要是分為三個階段，300℃以下，失重現(xiàn)象不明顯，主要是吸附水的蒸發(fā)，同時伴隨少量的分子鏈破壞；300~800℃，質(zhì)量變化較明顯，鍵能較小的一些元素逸出；800~1000℃，沒有明顯的質(zhì)量變化，主要是碳的高溫熱解。碳骨架的密度越高，復合材料的熱失重速率出現(xiàn)減緩的趨勢。
　　將酚醛樹脂浸漬碳纖維骨架復合材料在不同溫度（400℃、600℃、800℃、1000℃和1200℃）下裂解，材料熱解后產(chǎn)生小分子氣體（H2