高強度耐燒蝕材料工藝性能研究
摘要：本文通過添加改性劑提高了酚醛樹脂的韌性，對短切高強纖維、定長高強纖維、高強纖維織物、碳布、功能夾層等不同增強方案進行了試驗探索?？己肆瞬煌牧象w系的彎曲性能，進行材料工藝性能研究，模擬靜力試驗考核不同材料體系試驗件的綜合強度，實現了產品的工程化應用。
1 前 言
耐燒蝕材料是功能材料，在工作環境熱流作用下能發生分解、熔化、蒸發、升華等多種吸收熱能的物理和化學變化，借材料自身的質量消耗帶走大量熱能，以達到防熱隔熱的目的。在目前結構功能一體趨勢下，需要研究高強度耐燒蝕材料。酚醛樹脂是常用的耐燒蝕基體，具有較好的耐熱性能，但其大缺點是脆性大，耐沖擊性能不好，考慮添加改性劑進行改性。增強材料方面，考慮對短切高強纖維、定長高強纖維、高強纖維織物、碳布、功能夾層等不同增強方案進行試驗摸索。
本文旨在考慮添加改性劑提高酚醛樹脂韌性，對不同增強方案進行試驗探索。制備不同材料體系的彎曲強度試樣，考核不同材料體系的彎曲性能。進行材料工藝性能研究，模擬靜力試驗考核不同材料體系試驗件的綜合強度，實現產品的工程化應用。
2 試驗部分
通過對比試驗，考核不同材料體系的彎曲性能。進行材料工藝性能研究，模擬靜力試驗考核不同材料體系試驗件的綜合強度。
2.1 原材料
高強度耐燒蝕材料選擇的基體材料為酚醛樹脂、改性酚醛樹脂；增強材料為短切高強纖維、定長高強纖維、高強纖維織物、碳布、功能夾層。
2.2 預混料制備
預混料制備是將短切高強纖維按配比與酚醛樹脂或改性酚醛樹脂混合形成。兩種預混料性能指標見表1。
2.3 工藝試驗
本次試驗采用7種不同材料體系：①短切高強纖維/酚醛(以下簡稱體系Ⅰ)；②短切高強纖維/改性酚醛(以下簡稱體系Ⅱ)；③(高強纖維織+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅲ)；④(高強纖維織物+定長高強纖維+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅳ)；⑤(高強纖維織物+短切高強纖維)/改性酚醛(以下簡稱體系Ⅴ)；⑥(碳布+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅵ)；⑦(功能夾層+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅶ)。采用模壓工藝將7種不同材料體系制成標準樣板，再分別加工成彎曲強度試樣，考核不同材料體系的彎曲性能。同時用縮比試驗模具壓制7種不同材料體系試驗件，模擬靜力試驗考核不同材料體系試驗件的綜合強度。
3 結果與討論
3.1 材料性能
3.1.1 材料性能測試結果
7種不同材料體系的彎曲性能測試結果見表2。
3.1.2 結果討論
由表2分析可以知道，體系Ⅱ比體系Ⅰ強度提高了44%，體系Ⅴ比體系Ⅲ強度提高了218%，這表明改性酚醛預混料體系比酚醛預混料體系強度有了一定程度的提高，而改性酚醛織物增強體系比酚醛織物增強體系強度有很大程度的提高；體系Ⅳ比體系Ⅲ強度提高了144%，這表明織物與定長纖維混合增強體系比織物增強體系強度有很大程度的提高；體系Ⅳ比體系Ⅲ強度提高了47%，體系Ⅶ比體系Ⅲ強度提高了116%，這表明碳布增強體系與功能夾層增強體系均比高強纖維織物增強體系強度有一定程度的提高，但不同材料界面結合不好，易從界面處開裂使材料強度無法充分發揮。
3.2 模擬靜力試驗考核
3.2.1 試驗結果
為了考核不同材料體系試驗件的綜合強度，進行模擬靜力試驗。
體系Ⅰ、體系Ⅱ、體系Ⅲ、體系Ⅳ、體系Ⅵ、體系Ⅶ試驗件的模擬靜力試驗結果(部分體系試驗件試驗后圖片)見圖1、圖2和圖3。
壓制成型的體系Ⅰ、體系Ⅱ、體系Ⅲ、體系Ⅳ、體系Ⅵ、體系Ⅶ試驗件按一定的條件進行靜力強度測試，當加載到設定的邊界值之前，該6種體系試驗件均已破壞，靜力強度不能滿足使用的要求。
體系Ⅴ試驗件的模擬靜力試驗結果(試驗后圖片)見圖4。
壓制成型的體系Ⅴ試驗件按一定的條件進行靜力強度測試，當加載到設定的邊界值之后，體系Ⅴ試驗件未破壞，靜力強度滿足使用的要求。
3.2.2 結果與討論
從模擬靜力試驗的結果來看，不同增強方案的酚醛體系(體系Ⅰ、體系Ⅲ、體系Ⅳ、體系Ⅵ、體系Ⅶ)試驗件和改性酚醛預混料體系(體系Ⅱ)試驗件的靜力強度均不能滿足使用的要求，無法實現工程應用。
只有改性酚醛織物增強體系(體系Ⅴ)試驗件的靜力強度滿足使用的要求，有工程應用前景。
4 結 論
(1)在酚醛樹脂中添加改性劑能有效提高酚醛樹脂的韌懷，提高復合材料的強度；
(2)碳布增強方案與功能夾層增強方案，能在一定程度上提高復合材料的強度，但存在不同材料界面結合不好，易從界面處開裂使材料強度無法充分發揮的問題，工程應用方面需要提高界面性能；
(3)改性酚醛高強纖維織物增強方案以及改性酚醛高強纖維織物與定長高強纖維混合增強方案，在進一步提高工藝可靠性的基礎上，可實現工程應用。
1 前 言
耐燒蝕材料是功能材料，在工作環境熱流作用下能發生分解、熔化、蒸發、升華等多種吸收熱能的物理和化學變化，借材料自身的質量消耗帶走大量熱能，以達到防熱隔熱的目的。在目前結構功能一體趨勢下，需要研究高強度耐燒蝕材料。酚醛樹脂是常用的耐燒蝕基體，具有較好的耐熱性能，但其大缺點是脆性大，耐沖擊性能不好，考慮添加改性劑進行改性。增強材料方面，考慮對短切高強纖維、定長高強纖維、高強纖維織物、碳布、功能夾層等不同增強方案進行試驗摸索。
本文旨在考慮添加改性劑提高酚醛樹脂韌性，對不同增強方案進行試驗探索。制備不同材料體系的彎曲強度試樣，考核不同材料體系的彎曲性能。進行材料工藝性能研究，模擬靜力試驗考核不同材料體系試驗件的綜合強度，實現產品的工程化應用。
2 試驗部分
通過對比試驗，考核不同材料體系的彎曲性能。進行材料工藝性能研究，模擬靜力試驗考核不同材料體系試驗件的綜合強度。
2.1 原材料
高強度耐燒蝕材料選擇的基體材料為酚醛樹脂、改性酚醛樹脂；增強材料為短切高強纖維、定長高強纖維、高強纖維織物、碳布、功能夾層。
2.2 預混料制備
預混料制備是將短切高強纖維按配比與酚醛樹脂或改性酚醛樹脂混合形成。兩種預混料性能指標見表1。
2.3 工藝試驗
本次試驗采用7種不同材料體系：①短切高強纖維/酚醛(以下簡稱體系Ⅰ)；②短切高強纖維/改性酚醛(以下簡稱體系Ⅱ)；③(高強纖維織+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅲ)；④(高強纖維織物+定長高強纖維+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅳ)；⑤(高強纖維織物+短切高強纖維)/改性酚醛(以下簡稱體系Ⅴ)；⑥(碳布+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅵ)；⑦(功能夾層+短切高強纖維)/酚醛(以下簡稱體系Ⅶ)。采用模壓工藝將7種不同材料體系制成標準樣板，再分別加工成彎曲強度試樣，考核不同材料體系的彎曲性能。同時用縮比試驗模具壓制7種不同材料體系試驗件，模擬靜力試驗考核不同材料體系試驗件的綜合強度。
3 結果與討論
3.1 材料性能
3.1.1 材料性能測試結果
7種不同材料體系的彎曲性能測試結果見表2。
3.1.2 結果討論
由表2分析可以知道，體系Ⅱ比體系Ⅰ強度提高了44%，體系Ⅴ比體系Ⅲ強度提高了218%，這表明改性酚醛預混料體系比酚醛預混料體系強度有了一定程度的提高，而改性酚醛織物增強體系比酚醛織物增強體系強度有很大程度的提高；體系Ⅳ比體系Ⅲ強度提高了144%，這表明織物與定長纖維混合增強體系比織物增強體系強度有很大程度的提高；體系Ⅳ比體系Ⅲ強度提高了47%，體系Ⅶ比體系Ⅲ強度提高了116%，這表明碳布增強體系與功能夾層增強體系均比高強纖維織物增強體系強度有一定程度的提高，但不同材料界面結合不好，易從界面處開裂使材料強度無法充分發揮。
3.2 模擬靜力試驗考核
3.2.1 試驗結果
為了考核不同材料體系試驗件的綜合強度，進行模擬靜力試驗。
體系Ⅰ、體系Ⅱ、體系Ⅲ、體系Ⅳ、體系Ⅵ、體系Ⅶ試驗件的模擬靜力試驗結果(部分體系試驗件試驗后圖片)見圖1、圖2和圖3。
壓制成型的體系Ⅰ、體系Ⅱ、體系Ⅲ、體系Ⅳ、體系Ⅵ、體系Ⅶ試驗件按一定的條件進行靜力強度測試，當加載到設定的邊界值之前，該6種體系試驗件均已破壞，靜力強度不能滿足使用的要求。
體系Ⅴ試驗件的模擬靜力試驗結果(試驗后圖片)見圖4。
壓制成型的體系Ⅴ試驗件按一定的條件進行靜力強度測試，當加載到設定的邊界值之后，體系Ⅴ試驗件未破壞，靜力強度滿足使用的要求。
3.2.2 結果與討論
從模擬靜力試驗的結果來看，不同增強方案的酚醛體系(體系Ⅰ、體系Ⅲ、體系Ⅳ、體系Ⅵ、體系Ⅶ)試驗件和改性酚醛預混料體系(體系Ⅱ)試驗件的靜力強度均不能滿足使用的要求，無法實現工程應用。
只有改性酚醛織物增強體系(體系Ⅴ)試驗件的靜力強度滿足使用的要求，有工程應用前景。
4 結 論
(1)在酚醛樹脂中添加改性劑能有效提高酚醛樹脂的韌懷，提高復合材料的強度；
(2)碳布增強方案與功能夾層增強方案，能在一定程度上提高復合材料的強度，但存在不同材料界面結合不好，易從界面處開裂使材料強度無法充分發揮的問題，工程應用方面需要提高界面性能；
(3)改性酚醛高強纖維織物增強方案以及改性酚醛高強纖維織物與定長高強纖維混合增強方案，在進一步提高工藝可靠性的基礎上，可實現工程應用。
