D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.06.002 第34卷第6期 北京科技大学学报 Vol.34 No.6 2012年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2012 耐烧蚀硅基纤维布增强酚醛树脂复合材料的高温氧化 性能与力学性能 谭珏) 郑裕东)区匡松连》王巧莉》席雄超” 姚学锋》 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)航天材料及工艺研究所，北京1000763)清华大学航天航空学院，北京100084 通信作者，E-mail:zhengyudong(@mater.ustb.cu.cn 摘要针对目前广泛应用的耐烧蚀硅基纤维布增强的复合材料存在的问题，比较了三种不同的硅基纤维布增强酚醛树脂 复合材料的高温氧化后的失重率、力学性能和宏观/微观形貌的变化·发现高温氧化后，混编复合材料失重率的变化明显大于 单编复合材料失重率的变化：高温氧化后材料的弹性模量随温度升高而减小。在三种硅基纤维布增强的复合耐蚀材料中，单 编硅基纤维布增强的复合材料具有更好的抗高温氧化性能. 关键词纤维增强材料：酚醛树脂：抗氧化性：微观形貌：力学性能 分类号TB332 High temperature oxidation property and mechanical properties of ablation-re- sistant silicon fiber reinforced phenolic resin composite materials TAN Jue,ZHENG Yu-dong,KUANG Song-ian2),WANG Qiao-i),XI Xiong-chao,YAO Xue-feng 1)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Aerospace Research Institute of Materials Processing Technology,Beijing 100076,China 3)School of Aerospace,Tsinghua University,Beijing 100084,China Corresponding author,E-mail:zhengyudong@mater.ustb.edu.en ABSTRACT Three kinds of ablation-resistant silicon fiber reinforced phenolic resin composite materials were compared in their weight lost rates,mechanical properties,macroscopic and microscopic morphologies after high temperature oxidation.It is found that the weight loss rates of the mixed braided composites are obviously higher than that of the single braided composite after high tempera- ture oxidation.With increasing oxidation temperature the elastic moduli of both the mixed and single braided composites decrease.The single braided composite has the best ablation-resistant property among the three kinds of ablation-resistant silicon fiber reinforced phe- nolic resin composite materials. KEY WORDS fiber reinforced materials:phenolic resin:oxidation resistance:microstructure:mechanical properties 近几十年来，随着全球火箭、导弹和宇航技术 与强度之间的细观模型：研究了纺织复合材料在 的飞速发展和迅速进步，对耐热层的耐烧蚀、耐热 激光辐射的局部高温热力学特性，表明了层间剪 流冲刷以及力学性能等方面提出了更高的要 切与收缩应力的存在会引起撕裂现象.McManus 求田.烧蚀防护技术是航天器的关键技术之一. 等-研究了碳/酚醛和C/C复合材料层状板在快 对于耐烧蚀复合材料的使用环境，采用的热防护 速升温条件下的高温热力学行为，建立了材料温 方法通常有吸热法、辐射型防热法及烧蚀法-. 度、碳化量、气体释放量、气体质量流率和气体压 Dimitrienko提出了单向烧蚀复合材料，建立了热 力与时间和位置的关系，然而模型中没有考虑材 力学耦合模型，得出了强度、弹性常数与温度的相 料的表面烧蚀.国内研究人员梁军、武保华和姚承 互关系，确定了复合材料纤维、基体和结构参数等 照等s-0对聚合物基复合材料的高温行为进行了 收稿日期：201105-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51073024：50773004)第 34 卷 第 6 期 2012 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 6 Jun． 2012 耐烧蚀硅基纤维布增强酚醛树脂复合材料的高温氧化 性能与力学性能 谭 珏1) 郑裕东1) 匡松连2) 王巧莉1) 席雄超1) 姚学锋3) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 航天材料及工艺研究所，北京 100076 3) 清华大学航天航空学院，北京 100084 通信作者，E-mail: zhengyudong@ mater． ustb． edu． cn 摘 要 针对目前广泛应用的耐烧蚀硅基纤维布增强的复合材料存在的问题，比较了三种不同的硅基纤维布增强酚醛树脂 复合材料的高温氧化后的失重率、力学性能和宏观/微观形貌的变化． 发现高温氧化后，混编复合材料失重率的变化明显大于 单编复合材料失重率的变化; 高温氧化后材料的弹性模量随温度升高而减小． 在三种硅基纤维布增强的复合耐蚀材料中，单 编硅基纤维布增强的复合材料具有更好的抗高温氧化性能． 关键词 纤维增强材料; 酚醛树脂; 抗氧化性; 微观形貌; 力学性能 分类号 TB332 High temperature oxidation property and mechanical properties of ablation-re￾sistant silicon fiber reinforced phenolic resin composite materials TAN Jue 1) ，ZHENG Yu-dong1) ，KUANG Song-lian2) ，WANG Qiao-li 1) ，XI Xiong-chao 1) ，YAO Xue-feng3) 1) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Aerospace Research Institute of Materials ＆ Processing Technology，Beijing 100076，China 3) School of Aerospace，Tsinghua University，Beijing 100084，China Corresponding author，E-mail: zhengyudong@ mater． ustb． edu． cn ABSTRACT Three kinds of ablation-resistant silicon fiber reinforced phenolic resin composite materials were compared in their weight lost rates，mechanical properties，macroscopic and microscopic morphologies after high temperature oxidation． It is found that the weight loss rates of the mixed braided composites are obviously higher than that of the single braided composite after high tempera￾ture oxidation． With increasing oxidation temperature the elastic moduli of both the mixed and single braided composites decrease． The single braided composite has the best ablation-resistant property among the three kinds of ablation-resistant silicon fiber reinforced phe￾nolic resin composite materials． KEY WORDS fiber reinforced materials; phenolic resin; oxidation resistance; microstructure; mechanical properties 收稿日期: 2011--05--25 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51073024; 50773004) 近几十年来，随着全球火箭、导弹和宇航技术 的飞速发展和迅速进步，对耐热层的耐烧蚀、耐热 流冲刷 以 及 力 学 性 能 等 方 面 提 出 了 更 高 的 要 求［1］． 烧蚀防护技术是航天器的关键技术之一． 对于耐烧蚀复合材料的使用环境，采用的热防护 方法通常有吸热法、辐射型防热法及烧蚀法［2--4］． Dimitrienko ［5］提出了单向烧蚀复合材料，建立了热 力学耦合模型，得出了强度、弹性常数与温度的相 互关系，确定了复合材料纤维、基体和结构参数等 与强度之间的细观模型; 研究了纺织复合材料在 激光辐射的局部高温热力学特性，表明了层间剪 切与收缩应力的存在会引起撕裂现象． McManus 等［6--7］研究了碳 /酚醛和 C /C 复合材料层状板在快 速升温条件下的高温热力学行为，建立了材料温 度、碳化量、气体释放量、气体质量流率和气体压 力与时间和位置的关系，然而模型中没有考虑材 料的表面烧蚀． 国内研究人员梁军、武保华和姚承 照等［8--10］对聚合物基复合材料的高温行为进行了 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.002