第6期 谭珏等：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 ·681· 90r 90 (a) 80 300℃ 80 70 70 60 60 未氧化 300℃ 0 木氧化 400℃ 50 0 40 30 30 550℃： 10 550℃ 10 2[ 30 40 50 60 60 应变 应变 90 木氧化 80A 70 60 30 550℃ 20 300℃ 10 0 20406080100120140160180 应变 图6三种试样氧化前及氧化过程中的压缩应力-应变曲线.(a)A:(b)A2:(c)A, Fig.6 Stress-strain curves of the three samples before and after oxidation:(a)A:(b)A2:(c)A3 A3,三种试样在相同载荷、相同氧化温度的情况下， 部受热膨胀，形成了比较大的局部压力，当这种压力 A的力学性能比A2、A的力学性能稳定 达到一定值时，材料在缺陷聚集区破坏，形成自内而 表2三种样品未氧化前及经过不同温度氧化后的弹性模量 外贯穿的裂纹，气体从中溢出.对于单编复合材料 Table 2 Elastic moduli of the three samples without oxidation and with 来说，氧化速度比混编复合材料快，热分解产生大量 oxidation at different temperatures MPa 的气体，对复合材料内部产生很大的压力，但是由于 条件 Ar A2 单编复合材料的基体与纤维之间的结合要好于混编 未氧化 25.11 31.86 6.64 复合材料，所以大部分的气体在单编复合材料里形 300℃氧化后 15.28 12.01 5.38 成保护层，直到压力足够大时才从缝隙、裂纹中溢 550℃氧化后 3.27 4.10 4.50 出.对于混编复合材料，基体与纤维之间缺陷较大， 当热解气体达到很少量时，气体就从材料缺陷聚集 实验观察发现三种试样中，单编复合材料A,在 区溢出，扩大裂纹，造成材料力学性能下降.正如实 氧化过程中最晚出现裂纹，在热失重率测量中失重 验观察发现在400℃后，单编复合材料A,的宏观形 率变化最小，在力学性能中相对混编复合材料A2、 貌没有出现裂纹，而混编材料A2和A己明显出现了 A稳定，说明单编复合材料A,有着比混编复合材料 大的裂纹 A,和A更好的高温氧化性能.这主要由于单编复 合材料的高硅氧纤维比混编复合材料的玻璃纤维和 3结论 有机纤维更容易氧化.在较高温度的氧化条件下， (1)三种复合材料的失重率随着氧化温度的升 单编复合材料率先发生热解反应，生成焦炭保护层， 高而增加，并且与增强相的材料有关，其中石英纤维 所以从微观形貌观察到单编材料的纤维束颜色比混 和有机纤维混编纤维布增强酚醛树脂复合材料与玻 编纤维束的颜色要深些.当氧化温度达到300℃左 璃纤维和有机纤维混编纤维布增强酚醛树脂复合材 右时，防热复合材料由于发生了热解反应，生成焦炭 料的失重率变化相似，均高于高硅氧纤维单一编织 层的同时也产生了大量的热解气体，气体在结构内 的纤维布增强酚醛树脂复合材料的失重率.第 6 期 谭 珏等: 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 图 6 三种试样氧化前及氧化过程中的压缩应力--应变曲线 . ( a) A1 ; ( b) A2 ; ( c) A3 Fig． 6 Stress-strain curves of the three samples before and after oxidation: ( a) A1 ; ( b) A2 ; ( c) A3 A3，三种试样在相同载荷、相同氧化温度的情况下， A1的力学性能比 A2、A3的力学性能稳定． 表 2 三种样品未氧化前及经过不同温度氧化后的弹性模量 Table 2 Elastic moduli of the three samples without oxidation and with oxidation at different temperatures MPa 条件 A1 A2 A3 未氧化 25. 11 31. 86 6. 64 300 ℃氧化后 15. 28 12. 01 5. 38 550 ℃氧化后 3. 27 4. 10 4. 50 实验观察发现三种试样中，单编复合材料 A1在 氧化过程中最晚出现裂纹，在热失重率测量中失重 率变化最小，在力学性能中相对混编复合材料 A2、 A3稳定，说明单编复合材料 A1有着比混编复合材料 A2和 A3更好的高温氧化性能． 这主要由于单编复 合材料的高硅氧纤维比混编复合材料的玻璃纤维和 有机纤维更容易氧化． 在较高温度的氧化条件下， 单编复合材料率先发生热解反应，生成焦炭保护层， 所以从微观形貌观察到单编材料的纤维束颜色比混 编纤维束的颜色要深些． 当氧化温度达到 300 ℃ 左 右时，防热复合材料由于发生了热解反应，生成焦炭 层的同时也产生了大量的热解气体，气体在结构内 部受热膨胀，形成了比较大的局部压力，当这种压力 达到一定值时，材料在缺陷聚集区破坏，形成自内而 外贯穿的裂纹，气体从中溢出． 对于单编复合材料 来说，氧化速度比混编复合材料快，热分解产生大量 的气体，对复合材料内部产生很大的压力，但是由于 单编复合材料的基体与纤维之间的结合要好于混编 复合材料，所以大部分的气体在单编复合材料里形 成保护层，直到压力足够大时才从缝隙、裂纹中溢 出． 对于混编复合材料，基体与纤维之间缺陷较大， 当热解气体达到很少量时，气体就从材料缺陷聚集 区溢出，扩大裂纹，造成材料力学性能下降． 正如实 验观察发现在 400 ℃后，单编复合材料 A1的宏观形 貌没有出现裂纹，而混编材料 A2和 A3已明显出现了 大的裂纹． 3 结论 ( 1) 三种复合材料的失重率随着氧化温度的升 高而增加，并且与增强相的材料有关，其中石英纤维 和有机纤维混编纤维布增强酚醛树脂复合材料与玻 璃纤维和有机纤维混编纤维布增强酚醛树脂复合材 料的失重率变化相似，均高于高硅氧纤维单一编织 的纤维布增强酚醛树脂复合材料的失重率． ·681·