BPFR基耐燒蝕復(fù)合材料的制備及其熱裂解行為研究.pdf

1、樹(shù)脂基耐燒蝕材料是一種依靠聚合物發(fā)生熱氧化裂解造成質(zhì)量損失的同時(shí)吸收熱量來(lái)滿足熱防護(hù)要求的耐燒蝕材料。硼酚醛樹(shù)脂（BPFR）因其高殘?zhí)柯屎偷蜔g速率，成為優(yōu)良的耐燒蝕復(fù)合材料基體。隨著航空航天等領(lǐng)域飛速發(fā)展，耐燒蝕材料的使用溫度上限越來(lái)越高，對(duì)BPFR的耐熱改性顯得非常迫切。目前的改性研究主要集中在提高BPFR基復(fù)合材料有機(jī)結(jié)構(gòu)的熱分解溫度，但是BPFR有機(jī)結(jié)構(gòu)的耐熱溫度有限，未能形成實(shí)質(zhì)性的突破。本研究創(chuàng)新性地選擇B2O3和B4C作為

2、增強(qiáng)相來(lái)保護(hù)BPFR熱裂解形成的無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)提高其耐燒蝕溫度，分溫度段提高BPFR基復(fù)合材料的溫度穩(wěn)定性和力學(xué)性能，并通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、傅里葉紅外光譜（FTIR）和 X射線衍射（XRD）表征材料微觀結(jié)構(gòu)隨溫度變化的關(guān)系，深入分析材料在各個(gè)溫度段的熱裂解機(jī)理和B2O3、B4C改性的微觀機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明BPFR熱裂解后力學(xué)性能劣化嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后的抗彎強(qiáng)度僅為3.1MPa、4

3、.3MPa、1.9MPa；添加 B2O3的改性效果主要體現(xiàn)在600℃~800℃，當(dāng)B2O3含量為40wt.％時(shí)，其力學(xué)性能最佳，經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后，抗彎強(qiáng)度分別為14.7MPa、15.7MPa、8.0MPa；添加B4C的改性效果主要體現(xiàn)在800℃及以上，B4C含量為20wt.%時(shí)其力學(xué)性能最佳，經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后，其抗彎強(qiáng)度分別為7.9MPa、30.1MPa、24.4MPa。選擇B2O3和

4、B4C共同添加，含量均為10wt.%，經(jīng)過(guò)600℃、800℃、1000℃熱處理后抗彎強(qiáng)度分別為15.8MPa、33.1MPa、33.2MPa，每個(gè)溫度下與純BPFR相比都有較大改善，表明B2O3和B4C可以分溫度段提高BPFR的高溫穩(wěn)定性和力學(xué)性能。
　　BPFR/B2O3/B4C復(fù)合材料經(jīng)熱處理后的抗彎強(qiáng)度一直處于較高水平，本研究發(fā)現(xiàn)在600~800℃溫度區(qū)間主要是熔融 B2O3填補(bǔ)樹(shù)脂基體裂解形成的孔洞和裂紋，并包裹部分活性基