正交三向碳纤维/纳米孔酚醛复合材料的高温结构-性能演变

摘要

揭示烧蚀型热防护材料的高温多尺度结构和力-热性能演变规律,对进一步提升其高温服役性能具有重要科学意义。以轻质-防隔热-承载一体化的正交三向碳纤维/纳米孔酚醛复合材料为研究对象,开展高温环境（400～1200℃）下的孔结构、纤维/基体界面、编织结构等多尺度结构演变规律研究,并探究由于结构演变导致的力学、隔热及烧蚀性能的变化规律。结果表明:复合材料在400～1200℃范围内高温处理后仍能保持纳米多孔结构,且由于正交三向预制体的维形作用,复合材料无明显体积收缩,具有优异的高温结构稳定性。但是,高温下酚醛树脂的碳化收缩会导致基体与纱线间分层、纱线内开裂等,进而使复合材料力学性能逐渐衰减。同时,酚醛树脂的碳化也会导致基体热导率的大幅提高,进而引起复合材料隔热性能的衰退。此外,由于正交三向纤维预制体具有较好的高温抗形变能力,高温处理后复合材料在2000℃和4.18 MW/m²条件下线烧蚀率均相比原始材料差异较小。研究结果可为烧蚀型防隔热材料的选型和性能提升提供重要的理论参考。

关键词

纳米孔树脂基复合材料 / 高温碳化 / 结构演变 / 力学性能 / 烧蚀性能