低密度纖維骨架增強(qiáng)泡沫碳的制備與結(jié)構(gòu)性能演化.pdf

1、飛行器（導(dǎo)彈、火箭、飛船等）在熱焓低以及熱流密度較低的氣動(dòng)熱環(huán)境下以較高的馬赫數(shù)長(zhǎng)時(shí)間飛行，加熱時(shí)間較長(zhǎng)，因此合適的熱防護(hù)系統(tǒng)對(duì)于飛行器的的成功運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。本論文研究了低密度纖維骨架增強(qiáng)泡沫碳復(fù)合材料，以低密度、高孔隙率和低熱導(dǎo)率的碳粘結(jié)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(fù)合材料。
　　本課題是采用了低熱導(dǎo)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(jié)碳纖維復(fù)合材料，制備出的碳粘結(jié)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(huì)導(dǎo)致材料在結(jié)構(gòu)上存在各向異性，面內(nèi)方向纖維各項(xiàng)隨機(jī)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(jié)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(dǎo)率從0.064W/(m·K)增加到0.142W/(m·K)，材料的壓縮強(qiáng)

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(jié)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(jié)碳纖維骨架復(fù)合材料。材料的微觀結(jié)構(gòu)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(dǎo)率的酚醛樹脂。復(fù)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(fù)合材料的熱失重主要是分為三個(gè)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(shí)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?zé)峤狻Ｌ脊羌艿拿芏仍礁?，?fù)合材料的熱失重速率出現(xiàn)減緩的趨勢(shì)。
　　將酚醛樹脂浸漬碳纖維骨架復(fù)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