酚醛泡沫復(fù)合材料綜述課件

1、可陶瓷化酚醛泡沫復(fù)合材料1 耐燒蝕材料概況復(fù)合材料(如C/C復(fù)合材料、碳/酚醛復(fù)合材料)具有高比強度、高比模量、耐高溫、抗燒蝕、抗沖擊等特點，在航天航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前正逐步取代黑色金屬、有色金屬等傳統(tǒng)材料，成為輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)和防熱結(jié)構(gòu)的主要材料。航天飛行器在高溫等惡劣環(huán)境下，如洲際導(dǎo)彈鼻錐再入大氣層時，將經(jīng)受7000-8000K超高溫、每平方米幾十兆瓦熱流密度、100g過載、粒子云高速侵蝕、突防中遇到的核輻射和動能攔截等，通過材料自身燒蝕引起質(zhì)量損失，吸收并帶走大量的熱量，阻止外部熱量向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞，從而保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)在一定溫度范圍內(nèi)正常工作1。聚合物基耐燒蝕材料的研究在國內(nèi)外備受重視，尤其

2、是近幾年隨著航空航天技術(shù)的深入發(fā)展，關(guān)于該材料的專利申請量也呈現(xiàn)井噴式增長。我國在聚合物基耐燒蝕材料領(lǐng)域的專利意識已經(jīng)不輸于歐洲、日本等國家或地區(qū)，并且在技術(shù)上也有了長足的進步，然而與航空強國美國相比，仍然存在不小的差距。航空航天技術(shù)的蓬勃發(fā)展必然會對耐燒蝕材料提出更高的要求，我國應(yīng)以此為契機，充分利用現(xiàn)有技術(shù)，開發(fā)出綜合性能更為優(yōu)越的耐燒蝕材料，不斷的提升我國在世界舞臺上的技術(shù)競爭力。1.1燒蝕材料分類燒蝕材料按燒蝕機理分為升華型、熔化型和碳化型三類2。聚四氟乙烯、石墨和碳/碳復(fù)合材料屬于升華型。這些材料在高溫下升華，帶走大量熱量，而且碳是一種輻射系數(shù)較高的材料，因而具有很好的抗燒蝕性能。不

3、過這類材料的隔熱性能較差，加上這類材料的成本較高，限制了其更廣泛的應(yīng)用。石英和玻璃屬于熔化型燒蝕材料。這些材料在高溫下熔化吸收熱量，而且熔化后形成的SiO2液態(tài)膜具有抗高速氣流沖刷的能力，不過這類材料的工藝性較差，不適合成型大面積防熱套。纖維增強樹脂復(fù)合材料屬于碳化型燒蝕材料。它是以纖維或布作為增強材料，以樹脂為基體制成復(fù)合材料。這類材料主要利用高分子材料在高溫下碳化吸收熱量，并進一步利用其形成的碳化層輻射散熱。這三類材料中，以碳化型燒蝕材料應(yīng)用最多。1.2復(fù)合材料的燒蝕機理防熱復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的燒蝕可分為表面燒蝕和體積饒蝕。表面燒蝕(又稱為線燒蝕)指發(fā)生在結(jié)構(gòu)表面的燒蝕，主要包括表面材料與環(huán)境氣

4、流的熱化學(xué)反應(yīng)、材料的熔化、蒸發(fā)(升華)、高速粒子撞擊(侵蝕)及機械剝蝕引起的質(zhì)量損失；體積燒蝕指結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料在較低溫度(相對于表面燒蝕而言)下因熱化學(xué)反應(yīng)(熱解反應(yīng)和熱氧化反應(yīng))導(dǎo)致的質(zhì)量損失3。1.3基體材料燒蝕材料的基體材料主要有樹脂和彈性體兩大類。樹脂主要有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚芳基乙炔等，以此類聚合物為基體的耐燒蝕材料的燒蝕速度較慢、絕熱指數(shù)較高。彈性體主要有氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、三元乙丙橡膠等，以此類聚合物為基體的耐燒蝕材料具有燒蝕率低、耐老化性及氣密性好、脆性溫度低、抗張強度和伸長率高等優(yōu)點4。1.4耐燒蝕填料耐燒蝕填料的作用是降低材料的導(dǎo)熱性，提高耐燒蝕材料在高溫燃氣作用

5、下的絕熱效率；保護基體炭化層在高溫氣流沖刷下的完整性和牢固性，降低燒蝕率；以及調(diào)節(jié)材料的模量和密度。耐燒蝕填料可分為：(1)無機填料，如二氧化硅、碳化硅、氫氧化鋁、硫酸銨等；(2)空心微球填料，如空心玻璃微球、空心陶瓷微球、空心酚醛微球等；(3)纖維填料，如石棉纖維、高硅氧玻璃纖維、碳纖維、尼龍纖維、芳綸纖維、酚醛纖維、PBI纖維、PBO纖維等；(4)納米填料，如 POSS、納米蒙脫土、碳納米管等。 2 酚醛樹脂概況酚醛樹脂是一種歷史悠久的人工合成樹脂，作為三大熱固性樹脂之一，應(yīng)用面廣，產(chǎn)量大。它原料來源廣泛，耐熱阻燃性能優(yōu)異，低煙低毒性，而廣泛用于清漆、膠黏劑、涂料、模塑料、層壓材料、泡沫材

6、料、耐燒蝕材料等等方面。酚醛樹脂具有如下主要特征：(1)原料價格便宜，成型加工比較容易；(2)酚醛樹脂既可混入填料做成模塑料，也可通過浸漬織物采用壓機模壓的工藝壓制成層壓制品，還能用來通過加入發(fā)泡劑發(fā)泡制成泡沫材料；(3)由酚醛樹脂制備的產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好；(4)耐熱、耐燃、可自熄，電絕緣性能好，但耐電弧性差；(5)化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸性強，但耐堿性差。目前酚醛樹脂主要應(yīng)用于以下幾個方面：用作酚醛泡沫塑料的原料；用于汽車剎車片中；酚醛電容包封材料；深層過濾；航空航天復(fù)合材料；膠粘劑材料。另外，還應(yīng)用于砂輪片和砂紙，覆銅板，印刷線路板，復(fù)合材料，芯片封裝用環(huán)氧模塑料，光刻膠，環(huán)氧中間體和固化劑等諸多

7、高科技領(lǐng)域5。2.1酚醛樹脂耐熱阻燃改性研究2.1.1硼改性酚醛樹脂在酚醛樹脂的合成過程中引入硼元素，使得元素硼化學(xué)鍵合到酚醛樹脂分子主鏈上，在酚醛樹脂結(jié)構(gòu)中生成具有更高鍵能的 B-O 鍵，可以賦予改性酚醛樹脂優(yōu)異的耐熱性和瞬間的耐高溫性能。車劍飛6等采用 TiO2納米粒子填充改性的方法解決硼酚醛樹脂存在的不足，結(jié)果表明，改性后的樹脂耐熱性得到明顯的提高，隨著TiO2納米粒子填充量的增加，樹脂在700時的殘?zhí)苛恐饾u減小。2.1.2鉬改性酚醛樹脂利用含鉬化合物（如鉬酸等）對酚醛樹脂進行改性，將鉬元素引入樹脂分子鏈上，由于鉬改性酚醛以O(shè)-Mo-O鍵連接苯環(huán)，鍵能比C-C-鍵大得多，因而在耐熱性上有

8、很大提高，賦予改性樹脂瞬間耐高溫的特性。此外，鈦、鋯等金屬元素改性后的酚醛樹脂在熱穩(wěn)定性上均有一定程度上的提高。2.1.3苯并噁嗪樹脂苯并噁嗪樹脂作為一類開環(huán)聚合新型熱固性樹脂，具有較高的阻燃性和耐熱性、優(yōu)異的力學(xué)性能和介電性能、低的固化收縮率等優(yōu)點，并且聚合過程無小分子物質(zhì)逸出，成型加工性能類似環(huán)氧樹脂。苯并噁嗪樹脂一般由伯胺類化合物、酚類化合物和醛類化合物經(jīng)縮合制得。在催化劑作用下或加熱時才能發(fā)生開環(huán)聚合反應(yīng)，生成與酚醛樹脂具有相似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且含氮的聚合物。顧宜等7發(fā)明了一種含有醛基的耐熱性苯并噁嗪樹脂的復(fù)合物，該樹脂復(fù)合物的苯并噁嗪開環(huán)固化過程中，醛基同時參與反應(yīng)，提高了固化物的交聯(lián)密度，

9、從而提高了固化物的耐熱性，制備的2-萘醛與二胺型苯并噁嗪復(fù)合物失重 5%的溫度為490，失重10%的溫度為597，在N2氣氛中，800的殘?zhí)柯蕿?74.3%。2.1.4酚三嗪樹脂 酚三嗪樹脂是通過熱塑性酚醛樹脂與三烷基胺、鹵化氰等反應(yīng)制得的一種新型酚醛樹脂，它具有與環(huán)氧樹脂相類似的良好的加工性能，同時具備雙馬來酰亞胺樹脂的優(yōu)異的耐熱性和阻燃性，成炭率高達68%-70%，其復(fù)合材料可以制作耐高溫結(jié)構(gòu)件，也可以用作燒蝕隔熱材料8。3酚醛泡沫概況酚醛泡沫是一種具有輕質(zhì)、防火、隔熱、隔音、高比強度、導(dǎo)熱系數(shù)低、絕緣等優(yōu)異性能的材料，密度最低僅30-40kg/m3。在常用的隔熱泡沫材料中，酚醛泡沫塑料具

10、有其他泡沫塑料無法比擬的優(yōu)勢，其適用溫度范圍為-150-150，近年來，由于高層建筑、交通運輸、艦船、航空、空間技術(shù)等方面對泡沫塑料的熱穩(wěn)定性和阻燃性提出了嚴格要求，使得酚醛泡沫得到廣泛關(guān)注和迅速發(fā)展?，F(xiàn)在，酚醛泡沫作為一種新型的多用途泡沫材料，以其耐熱、難燃、自熄、耐火焰穿透、遇火無滴落物和防止火災(zāi)蔓延的阻火性能等優(yōu)點，已經(jīng)引起了人們的高度重視9。3.1酚醛泡沫塑料的制備方法按發(fā)泡溫度劃分，酚醛泡沫制備有兩種發(fā)泡方法，即常溫和高溫發(fā)泡方法。目前常用的發(fā)泡方法是在室溫或低溫(60-80)條件下，加入表面活性劑、發(fā)泡劑、固化劑，攪拌均勻后倒入模具，發(fā)泡固化，脫模。該方法操作簡單、方便，可在現(xiàn)場發(fā)

11、泡，所得產(chǎn)品閉孔率高，不燃10。但由于該方法采用酸為固化劑，所得泡沫有一定的酸性，與金屬接觸時產(chǎn)生酸滲透、酸腐蝕，使其應(yīng)用范圍縮小。(1)常溫發(fā)泡方法酚醛樹脂常溫發(fā)泡的原理是加入酸類固化劑，它能促進樹脂間的縮聚反應(yīng)，同時放出大量的熱，使低沸點的發(fā)泡劑受熱氣化形成均勻細密的泡孔結(jié)構(gòu)，且樹脂在發(fā)泡的同時快速交聯(lián)固化，形成酚醛泡沫。常溫發(fā)泡步驟:在帶有攪拌器的容器里，按配比加入可發(fā)性酚醛樹脂、發(fā)泡劑、表面活性劑、固化劑，攪拌均勻后，將樹脂液迅速倒入模具中，然后在指定的溫度下發(fā)泡，發(fā)泡5-10min后脫模。該法所得泡沫表面光滑，密度均勻，閉孔率高。(2)高溫發(fā)泡方法高溫發(fā)泡的原理是利用物料中含有的易揮

12、發(fā)性物質(zhì)在高溫下氣化的同時使樹脂固化，形成酚醛泡沫。高溫發(fā)泡步驟:在帶有攪拌器的容器里，按配比加入可發(fā)性酚醛樹脂、表面活性劑，攪拌均勻，首先將容器放在加熱套上，一邊加熱一邊攪拌，這樣樹脂在加熱的條件下流動性逐漸增大，然后就有氣泡生成。隨著氣泡的不斷增多，樹脂黏度越來越大，當樹脂黏度達到能包裹住一定壓力的氣泡時再加入助劑，快速攪拌均勻，隨后將樹脂液倒入模具中，把模具放入160左右的烘箱中，發(fā)泡固化約30min后脫模，所得泡沫表面光滑，密度均勻11。3.2酚醛泡沫的組成3.2.1酚醛樹脂 高固含熱固性酚醛樹脂是制備酚醛泡沫塑料的主要原材料之一。樹脂的黏度、活性及固體含量等因素對最終制備的泡沫的性能

13、都有一定的影響。另外樹脂大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)也會直接影響酚醛泡沫塑料的韌性和易碎性等性能。3.2.2催化劑/固化劑制備酚醛泡沫塑料一般用酸作固化劑，因為甲階酚醛樹脂分子結(jié)構(gòu)中有活性羥甲基，酸是羥甲基縮聚的強催化劑，縮聚反應(yīng)放出的熱量可促進發(fā)泡劑急劇氣化，促使發(fā)泡劑發(fā)揮發(fā)泡作用，因此酸固化劑也是樹脂交聯(lián)反應(yīng)的催化劑。酸固化劑有無機酸和有機酸?？捎玫臒o機酸如硫酸、鹽酸、磷酸、硼酸等，有機酸如對甲苯磺酸、草酸、己二酸、苯磺酸、乙酸等。采用無機強酸的特點是固化誘導(dǎo)期短、發(fā)泡與固化速度快、不易產(chǎn)生塌泡及尺寸不穩(wěn)定，但游離的酸對設(shè)備的腐蝕性及對人體健康的危害導(dǎo)致其推廣應(yīng)用受到很大影響。采用有機酸的優(yōu)缺點恰好與

14、無機酸相反。因此，實際生產(chǎn)應(yīng)用中常采用有機酸和無機酸混合使用，既可降低對設(shè)備的腐蝕性，又可保證發(fā)泡效率及泡沫性能的要求。酚醛樹脂的發(fā)泡和固化過程是同步進行的，固化劑的種類及用量對發(fā)泡與固化速率、制品密度及制品性能都有顯著影響，因此固化劑種類和用量的選擇應(yīng)使固化速度與發(fā)泡速度相匹配，能在氣泡膨脹到所需要的程度時完成固化。3.2.3發(fā)泡劑酚醛樹脂發(fā)泡一般選用低沸點的液態(tài)發(fā)泡劑。低沸點的烷烴是生產(chǎn)酚醛泡沫塑料的常用發(fā)泡劑，如環(huán)戊烷、正戊烷、正丁烷、異戊烷、石油醚等。這些發(fā)泡劑都易燃，但發(fā)泡效率高，價格較低，故廣為應(yīng)用。固體發(fā)泡劑一般采用與酸反應(yīng)或受熱分解的化學(xué)發(fā)泡劑，如硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸銨、碳酸鈣

15、等。氣體發(fā)泡劑在酚醛發(fā)泡過程中也可采用，如將 N2、CO2等惰性氣體壓縮溶解在酚醛樹脂中，當溫度升高或壓力下降時氣體膨脹發(fā)泡。發(fā)泡劑種類和用量對酚醛泡沫性能也有一定程度的影響。谷亞新等12以酚醛樹脂為原料，對甲苯磺酸為固化劑，研究了正戊烷和沸程為30-60的石油醚兩種不同的發(fā)泡劑對酚醛泡沫性能的影響。結(jié)果表明，兩種發(fā)泡劑用量增多，酚醛泡沫表觀密度、壓縮強度和導(dǎo)熱系數(shù)都呈下降趨勢，粉化度、吸水率呈增加趨勢，石油醚發(fā)泡的酚醛泡沫抗粉化程度優(yōu)于正戊烷發(fā)泡的酚醛泡沫，發(fā)泡劑的種類對導(dǎo)熱系數(shù)無影響，發(fā)泡劑用量對酚醛泡沫PH值影響不大。石油醚發(fā)泡制得的酚醛泡沫，綜合性能優(yōu)于正戊烷發(fā)泡制得的酚醛泡沫。3.2

16、.4表面活性劑表面活性劑是分子結(jié)構(gòu)中同時含有親水和親油基團的兩性化合物，又稱為勻泡劑。其作用是降低樹脂的表面張力，改善非極性發(fā)泡劑和極性樹脂之間的相容性，使泡孔的大小和孔徑分布更為均勻，從而提高泡沫塑料的產(chǎn)品質(zhì)量。制備酚醛泡沫選用的表面活性劑有陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑，陰離子表面活性劑能提高泡沫開孔率，增加泡沫的吸水性，適宜在用作花卉泥的酚醛泡沫中使用。而非離子表面活性劑能提高泡沫閉孔率，增加泡沫的隔熱、隔音性能，適用于隔熱和防火材料。選擇適宜的表面活性劑有助于生產(chǎn)出理想的泡沫孔結(jié)構(gòu)。另外，表面活性劑的添加量對泡沫的性能也有一定的影響，添加量太少，生產(chǎn)出的泡沫質(zhì)量不穩(wěn)定，添加量太多，

17、會導(dǎo)致泡孔破裂。在用于酚醛泡沫塑料的表面活性劑中，非離子型表面活性劑效果最好，較常用的有以下幾種：（1）脂肪醇聚氧乙烯-聚氧丙烯醚類；（2）烷基酚聚氧乙烯醚類，如壬基酚與環(huán)氧乙烷的加成物；（3）聚硅氧烷-聚氧乙烯-聚氧丙烯的嵌段共聚物，這類表面活性劑不僅有良好的泡沫穩(wěn)定性能，而且有極強的乳化作用。3.2.5改性劑和填充劑 為了改善酚醛泡沫塑料的綜合性能，降低生產(chǎn)成本，常常添加一些改性劑或填充劑。添加增韌劑可以降低酚醛泡沫的粉化率，提高酚醛泡沫的韌性，常用的增韌劑有乙二醇、聚乙二醇等。添加阻燃劑可以進一步提高酚醛泡沫的阻燃性，防止悶燒，常用的阻燃劑有紅磷、三氧化二銻、聚磷酸銨等。填充劑適當添加可

18、在一定程度上改善泡沫塑料的性能，如降低脆性、改善剛性等，常用的填充劑如粉煤灰、二氧化硅、膨潤土等。3.3國內(nèi)外酚醛泡沫研究進展楊彥峰等13利用玻璃纖維和芳綸纖維的混雜纖維增強酚醛泡沫，結(jié)果表明，玻璃纖維能夠大幅提高酚醛泡沫的壓縮強度，且在混雜纖維增強的酚醛泡沫中，壓縮強度隨著玻璃纖維所占的比重的增加而增大；芳綸纖維能夠大幅提高酚醛泡沫的沖擊強度，且在混雜纖維增強的酚醛泡沫中，沖擊強度隨著芳綸纖維所占的比重的增加而增大；玻璃纖維和芳綸纖維均可提高酚醛泡沫的彎曲強度，但當二者以1:1(質(zhì)量比)的比例混雜增強酚醛泡沫時，復(fù)合酚醛泡沫的彎曲強度達到最大，此時出現(xiàn)了兩種纖維最優(yōu)的混雜協(xié)同效應(yīng)。盧杰等14

19、針對酚醛泡沫脆性大、強度低等缺點，采用3種不同增強形式的玻璃纖維增強體，即短切玻璃纖維(SGF)、酚醛樹脂浸漬固化的玻璃纖維針(GFN)及三維間隔連體織物，對酚醛泡沫進行增強。研究了纖維含量和纖維長度對酚醛泡沫壓縮性能的影響規(guī)律，對比了不同增強形式纖維增強酚醛泡沫復(fù)合材料的壓縮性能與保溫性能。結(jié)果表明當SGF長度為 3mm，與基體質(zhì)量比為25%時增強酚醛泡沫的比壓縮強度最佳，較純泡沫的提高了21%；GFN長度為5mm，與基體質(zhì)量比為5%時，增強酚醛泡沫的比強度提高8%；三維間隔連體織物增強酚醛泡沫的比強度雖略有下降，但其壓縮強度達到了承重類酚醛泡沫的要求。SGF和GFN增強的酚醛泡沫的熱導(dǎo)率與

20、純酚醛泡沫的相比略有上升，但仍符合高效保溫材料的要求；三維間隔連體織物增強酚醛泡沫的熱導(dǎo)率上升明顯。肖力光等15在酚醛樹脂中加入阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、固化劑及其它助劑制成閉孔硬質(zhì)泡沫塑料。實驗結(jié)果表明，酚醛泡沫塑料具有優(yōu)異的保溫性能和防火耐熱性能，是一種新型難燃、防火低煙保溫材料，在建筑保溫領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。王斌等16將適量的B2O3引入酚醛泡沫，改善樹脂基體相的韌性，提高酚醛泡沫復(fù)合材料的壓縮強度，當B2O3含量為質(zhì)量分數(shù)4%時，酚醛泡沫的壓縮強度最大，為10.14MPa，比純酚醛泡沫提高了5.18%。硼改性有利于酚醛泡沫的高溫穩(wěn)定性，酚醛泡沫的熱分解溫度和殘?zhí)悸示S硼含量的增加而有

21、所提高；當B2O3含量為質(zhì)量分數(shù)7% 時，酚醛泡沫的耐高溫性能最優(yōu)，其失重10%時的熱分解溫度為447，比純酚醛泡沫提高了76.68%；其800下的殘?zhí)悸蕿?6.37%，較純酚醛泡沫高出16.05%。黃劍清等17以添加硼酸的方法，通過控制體系的 pH 值，合成可發(fā)泡的硼改性酚醛樹脂，并制備出硼改性酚醛泡沫。研究結(jié)果表明，所制備的材料具有良好的耐高溫性能，其熱分解溫度為450，800時熱失重為 60%。梅啟林18制備了乙二醇改性酚醛泡沫塑料，通過實驗確定了常溫發(fā)泡的原料最佳配比及最佳發(fā)泡工藝條件。乙二醇的加入能在一定程度上改善酚醛泡沫的性能，提高其壓縮強度，改善其脆性。袁莉莉等19用羧基碳納米管

22、(CNT-COOH) 增強酚醛泡沫復(fù)合材料，CNT-COOH作為異相成核劑，使酚醛泡沫泡孔的平均尺寸減小，泡孔密度增大；隨著酚醛泡沫中CNT-COOH含量增加，CNT-COOH/酚醛泡沫復(fù)合材料的壓縮模量和壓縮強度提高。熱重分析和垂直燃燒試驗表明，CNT-COOH作為穩(wěn)定劑，降低了泡沫的熱降解速率，使其熱穩(wěn)定性和阻燃性能均略有提高。殷錦捷等20以聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MEL)和季戊四醇(PER)為阻燃劑，聚乙二醇和玻璃纖維改性酚醛樹脂為基體，制備改性阻燃酚醛泡沫塑料。酚醛樹脂100份，聚乙二醇12份，復(fù)合阻燃劑15份，制備的改性阻燃酚醛泡沫塑料具有優(yōu)異的韌性和阻燃性能，其沖擊強度為5.

23、54 kJ/m2，達到B1難燃材料的標準。美國M.C.Gill公司早在20世紀80年代就開始研制 PF 泡沫，并成功開發(fā)出商品名為Gillfoam2019酚醛泡沫，密度為64320kg/m3，該產(chǎn)品完全滿足美國聯(lián)邦航空安全條例的要求，以該泡沫材料制備的夾心板材，已在航空飛機上成功應(yīng)用21。Bu Gi Kim等22以空氣作為發(fā)泡劑，甲階酚醛樹脂、酸固化劑、65%PSA 與空氣均勻共混，用微波加熱的方法制備酚醛泡沫，發(fā)泡速度快，制備的酚醛泡沫材料具有低傳熱系數(shù)和低密度特性。4 可陶瓷化酚醛泡沫復(fù)合材料研究進展在硅基可瓷化技術(shù)的基礎(chǔ)上，特種功能材料實驗室經(jīng)過長期研究在國內(nèi)率先提出了碳基聚合物可陶瓷化

24、理論，通過瓷粉改性聚合物基復(fù)合材料可以使其在燒蝕工況使用溫度下陶瓷化，采用耐高溫低燒蝕可陶瓷化技術(shù)，以碳基樹脂、纖維增強材料、耐高溫偶聯(lián)劑、鋁硅酸鹽礦物質(zhì)粉末和非氧化物陶瓷粉末經(jīng)混合熱壓制備了可陶瓷化碳基聚合物材料，對材料的熱穩(wěn)定性研究表明：在空氣條件下逐漸升溫過程中，樹脂基體裂解形成的無定型炭作為硅酸鹽礦物粉末的燒結(jié)活性劑與通過裂解產(chǎn)生的空隙蔓延至材料表面的熔融玻璃料反應(yīng)，使得材料在800就開始了陶瓷化轉(zhuǎn)變，在材料表面形成致密的陶瓷結(jié)構(gòu)層，有效地阻止了氧氣向材料內(nèi)部的擴散，抑制了材料內(nèi)部的熱分解。同時可瓷化物中的非氧化物陶瓷粉末，作為第二相粒子彌散在樹脂基體中起到了釘扎效應(yīng)，有效地固定樹脂裂

25、解后的炭，使材料在1300下的陶瓷轉(zhuǎn)化率高達67.14%，殘重達75.23%。此外，通過加入功能性輕質(zhì)填料有效降低了材料密度，利用空心酚醛微球和空心陶瓷微球的協(xié)同作用，很大程度提高材料的耐燒蝕綜合性能，從而達到防隔熱一體化的效果。秦巖等23采用酚醛樹脂為基體，通過添加功能填料微珠、可瓷化助劑制備了密度低、具有良好的隔熱性能和燒蝕性能的可瓷化酚醛復(fù)合材料。通過SEM和TEM觀察燒蝕后材料的斷面形貌變化與高溫結(jié)構(gòu)演變，結(jié)果表明加入空心玻璃微珠的效果優(yōu)于陶瓷微珠，最佳的添加量為20%，在800以上可瓷化助劑與酚醛開始發(fā)生陶瓷化反應(yīng)，隨著燒蝕溫度的提高陶瓷化程度加深，生產(chǎn)的晶粒排列規(guī)則整齊。5 課題研

26、究內(nèi)容及意義可陶瓷化聚合物在常溫下具有與普通聚合物相同的性能，而在高溫下發(fā)生裂解轉(zhuǎn)化為陶瓷保護層，具有一定的強度且能承受一定的沖擊力，從而保護材料內(nèi)部不受大火破壞。傳統(tǒng)的酚醛樹脂在燒蝕的過程中殘留的大量無定型炭層，無定型炭層容易在氣流的機械剪切作用下產(chǎn)生機械剝離，從而使材料的隔熱性能不佳。本實驗以酚醛樹脂為基體，添加功能材料、可瓷化助劑，制備可瓷化酚醛泡沫復(fù)合材料，探究其燒蝕性能、熱物理性能與隔熱性能。參考文獻1黃赤，秦巖，黃志雄，丁杰，向瑞衡.酚醛基燒蝕材料改性研究進展J.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2014，36(8):37-43.2高守臻，魏化震，李大勇等.燒蝕材料綜述J.化工新型材料，2009，

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