Al2O3-苯基倍半硅氧烷改性酚醛樹脂-碳纖維燒蝕材料的研制.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基先進(jìn)復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小又有耐燒蝕、耐沖刷等很多優(yōu)良的物理功能，可以很好的滿足耐燒蝕材料的要求，在航空航天、軍工、民用等領(lǐng)域被廣泛使用。
　　本課題研究工作致力于如何以不同硅氧烷改性酚醛樹脂為原料浸漬碳纖維制得一類能瞬間耐高溫的燒蝕型復(fù)合材料。采用三種硅烷(正硅酸乙酯、苯基三乙氧基硅烷、八苯基八硅倍半氧烷)及α-Al2O3納米粉對甲階酚醛樹脂進(jìn)行改性。然后用樹脂浸漬碳纖維制備預(yù)浸料，在

2、一定溫度和壓力下模壓固化，制得燒蝕材料。
　　用65％濃硝酸對增強(qiáng)纖維進(jìn)行表面氧化處理，用紅外光譜和X射線光電子能譜對氧化處理前后的碳纖維進(jìn)行表征，分析氧化處理前后碳纖維表面元素含量及官能團(tuán)的變化。結(jié)果表明了氧化處理后的碳纖維表面含氧基團(tuán)增加。分別合成含量為5%，10%，15%，20%，25%，30%的正硅酸乙酯改性酚醛樹脂，苯基三乙氧基硅烷改性酚醛樹脂，α-Al2O3納米粉/苯基三乙氧基硅烷改性酚醛樹脂。對酚醛樹脂、正硅酸乙酯改

3、性樹脂及苯基三乙氧基硅烷改性樹脂、Al2O3改性酚醛樹脂固化前后進(jìn)行紅外光譜(FTIR)分析，研究固化前后樹脂官能團(tuán)的變化。并采用熱失重(TG)、差熱分析(DTA)、差示掃描量熱法(DSC)手段研究不同硅烷偶聯(lián)劑加入量對酚醛樹脂耐熱性能的影響、熱降解機(jī)理及固化溫度。得到TEOS、苯基三乙氧基硅烷以及α-Al2O3的最佳改性比例；確定樹脂的固化溫度均在180℃。研究不同溫度下酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料力學(xué)性能，包括不同溫度下復(fù)合材料的層間剪

4、切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度；并通過分子動力學(xué)計算硅烷添加量對樹脂的力學(xué)性能的影響；及不同溫度下不同硅烷改性后樹脂的力學(xué)性能變化。采用DMA分析不同燒蝕材料損耗因子隨溫度的變化表征材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。利用掃描電子顯微鏡(SEM)對不同溫度下復(fù)合材料的表面微觀形貌和拉伸斷口形貌進(jìn)行觀察和分析，研究碳纖維和樹脂基體的結(jié)合狀況。制備五組不同組分的燒蝕材料，對不同的燒蝕材料進(jìn)行氧-乙炔燒蝕實驗，用質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕率表征復(fù)合材料的耐燒蝕性能。并