低密度树脂基防热材料研究进展

随着各国航天工业的发展,飞行器朝着高马赫数和长时间飞行发展,由此带来的热防护问题不容忽视,因此研究新型防热材料以应对严酷的飞行环境显得十分重要。自20世纪50年代开始,树脂基热防护材料因其高残碳率、高防热性能及低成本等优点已经成功应用在美国与前苏联各类型号的导弹与火箭上。针对热防护系统轻量化及防隔热一体化的需求,总结了国内外低密度树脂基防热材料的研究现状,简述了添加空心微球减重、构造多孔结构以及密度梯度纤维化设计等3种减重思路及逐渐从均一的低密度材料向梯度化材料演变的设计理念,展望了低密度树脂基防热材料的发展趋势。     

航天器热防护材料研究现状与发展趋势

热防护系统中所采用的多层复合热防护材料的层间界面结合和小块材料之间的连接对航天器的可靠性有很大影响,目前二者都存在一定的缺陷.依据功能梯度材料和C/C复合材料的理论,将高导热率碳泡沫和低导热率碳微球设计成密度和热导率功能梯度热防护碳泡沫材料,使其具备组分之间无层间界面和小块材料间易于连接等特点.     

高残炭热固性酚醛树脂的合成及表征

以萘酚部分替代苯酚合成了高残炭热固性酚醛树脂。研究了萘酚用量、催化剂用量、反应温度和时间对残炭率的影响,确定了合成工艺条件。用IR和TGA对产品的化学结构与热性能进行了分析测定,结果表明,树脂分子链中不稳定的醚键含量低于普通酚醛树脂,产品的分解温度为460℃,残炭率可达61.3%,适用于碳/碳复合材料和耐烧蚀材料的树脂基体。     

树脂基热防护材料研究进展

阐述了酚醛树脂和有机硅树脂作为热防护材料的研究现状.综述了酚醛树脂基体的结构改性和添加改性,具体介绍了金属元素、硅粉、陶瓷改性酚醛树脂的研究进展;同时也对有机硅树脂作为热防护材料的研究做了简要分析.并展望了这种可演化陶瓷类新型树脂基热防护材料的发展前景.     

酞菁树脂聚合条件的研究

利用模型化合物研究酞菁树脂的聚事条件并确定了最佳的聚合条件。根据此条件合成了酞菁树脂，用ＩＲ对单体和树脂的结构进行了表征，用ＴＧ研究了树脂的热性能，还研究了树脂的耐溶剂性。结果表明，所合成的树脂具较热和热氧稳定性，较高的成碳率和耐溶剂性能。     

纳米材料改性树脂基耐烧蚀材料研究新进展

综述了近年来纳米材料改性树脂基耐烧蚀材料的研究进展。介绍了碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、纳米SiO2、纳米碳粉等纳米材料在改性烧蚀材料中的研究近况,详细探讨和比较了改性材料的热稳定性、成炭率、力学性能等,同时分析了纳米材料改性树脂材料中存在的问题,并预测了纳米材料改性耐烧蚀树脂的发展趋势。提出纳米材料,特别是新型的纳米碳材料改性树脂基耐烧蚀材料的研究将是很有发展前景的研究领域,并会进一步得到人们的重视。     

碳/酚醛防热复合材料烧蚀行为的数值模拟

碳/酚醛复合材料被广泛地应用于钝头体表面,是飞行器优秀的热防护材料。为了准确地预测其烧蚀性能,本文从复合材料的组成物纤维和基体的角度出发,基于能量、质量守恒和热分解方程,考虑了烧蚀过程中材料热属性的非线性变化和烧蚀面的退缩,分别计算了纤维和基体的烧蚀性能,预测了烧蚀过程中防热复合材料的温度分布、密度变化、质量损失规律及热属性和线烧蚀率等。结果表明：碳/酚醛复合材料的烧蚀是各种因素相互作用、相互影响的高度非线性过程;烧蚀过程中材料结构具有不均匀的温度分布,烧蚀面区域材料密度衰减最大并且材料的质量损失和损失率几乎呈线性增加;纤维和基体的烧蚀行为存在明显差异,分别预测两者的烧蚀性能,可以为热防护材料的设计提供更加准确的参考和依据。     

隐身防护多功能树脂基包装复合材料研究进展

指出了隐身防护多功能树脂基复合材料发展的重要性和必要性,分析了隐身防护复合材料的研究相状。对树脂基复合材料的主要特性进行了总结,通过分析讨论树脂基复合材料组成和成型方式对材料性能的影响,提出了隐身防护包装复合材料的发展途径。     

热阻塞效应在有机硅树脂-碳纤织物复合材料烧蚀防热中的作用

为评价热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热的贡献,根据有机硅树脂的烧蚀防热机理建立热响应过程数学模型,预测了有机硅树脂-碳纤织物复合材料的背面温度以及有机硅树脂的热物性参数,重点分析了热阻塞效应对有机硅树脂-碳纤织物复合材料防热性能的影响。结果表明在400 kW/m2的热流烧蚀下,有机硅树脂-碳纤织物复合材料40 s前热阻塞效应大部分来自有机硅树脂分解产生的引射气体,40 s后则完全来自于炭燃烧产生的引射气体;阻塞因子在10 s时达到最小,此刻阻挡了121.6 kW/m2的热流进入有机硅树脂内,在整个烧蚀过程中热阻塞效应减少了4.1%的总热量进入有机硅树脂内;在热物性参数中,热阻塞效应对有机硅树脂密度影响最大,导热系数和比热容次之;与增加逸出气体质量流率相比,延长有机硅树脂逸出气体的时间更能显著提高热阻塞效应,达到更好的防热效果。      

聚碳硅烷树脂性能及应用研究

合成了聚碳硅烷树脂,以该树脂为原料制备了SiC纤维。用电镜、红外光谱、X射线衍射、差热分析、热失重等方法对SiC纤维进行了研究,并对以聚碳硅烷树脂作为浸渍物质涂覆石墨进行了初步研究。     

酚醛树脂结构对其热解成炭特性的影响

采用傅立叶红外光谱对固化前后的酚醛树脂进行结构表征,通过热重法对固化后酚醛树脂的热降解失重温度及其高温下的成炭率进行分析,研究酚醛树脂结构中取代基的相对含量与其热稳定性及成炭率的关系。结果表明,酚醛树脂在高温下的成炭率与其结构中取代基的含量有一定的对应关系,亚甲基含量高、羰基和醚键含量低的酚醛树脂固化物高温成炭率较高。在六种不同醛酚比(F/P)的树脂固化物中,亚甲基的含量以F/P为1.2时的固化物最大,羰基的含量则以F/P为1.2时最小。固化后的六种酚醛树脂中以PF1.2用于交联的有效取代基(亚甲基)数目最多,交联密度最高,具有最高的成炭率(73.78%)。     

复合改性酚醛树脂热降解过程的研究

采用综合热分析技术考察了氨酚醛树脂（PF1．2）、两种硼改性酚醛树脂（BPF1、BPF2）和两种复合改性酚醛树脂（水杨醛改性BPF1、苯甲醛改性BPF1）的热降解过程,利用红外光谱技术研究了热降解过程中五种树脂结构的变化规律,以期指导成炭率高、热稳定性好的复合改性酚醛树脂的合成。结果表明：在酚醛树脂结构中引入硼酸,改变了其分子结构,生成了键能较高的硼酯键,提高了酚醛树脂的高温成炭率;两种复合改性酚醛树脂通过向硼酚醛树脂BPF1中分别引入含有芳环结构的水杨醛和苯甲醛,形成了新的共轭结构,改善了酚醛树脂的热稳定性,提高了其成炭率。     

低介电苯并(恶)嗪树脂的研究进展

苯并(恶)嗪树脂作为一种新型的酚醛树脂,具有分子设计性强,固化过程无小分子释放,热稳定性和力学性能优异,残炭率高等优点,使其成为电子通讯行业的重要基体材料.为满足高频、高速通信技术对低介电高分子树脂的应用需要,苯并嗪树脂的低介电改性对于信号的高频、高速传播具有重要意义,这引起了材料研究者的广泛关注.文中综述了近年来对苯并嗪树脂进行低介电改性的一系列研究工作,包括新单体合成,无机-有机杂化,与其它树脂共聚等,并对低介电苯并噁嗪树脂的研究趋势进行了概述.     

Phenyl ethynyl functional addition cure phenolic resins: Synthesis, characterisation and thermal properties

Phenyl ethynyl functional addition curable phenolic resins were synthesised by reacting a mixture of phenol and 3-(phenylethynyl) phenol (PEP) with formaldehyde in presence of an acid catalyst. Relatively narrow molar-mass distributed polymers were obtained in good yield. The presence of PEP led to reduced molar-mass and narrow distribution of the copolymers. The resin underwent thermal curing at around 250–275°C, much lower than the cure temperature of PEP. The thermal stability and anaerobic char residue of the cured resins increased with increase in ethynyl-content and these properties were more than those of resol resin. These addition cure phenolics provided an overall increase in char of about 70% vis-à-vis resol resin when compared on the basis of uncured resins.     

Effect of structure on thermal behaviour of phosphorus containing addition polyimides and epoxy resins

Addition polyimides, [e.g. endo-5-norbornene-2.3-dicarboximide(nadimides), maleimides etc.] and epoxy resins have been used extensively in the past as matrix resins for advanced fiber-reinforced composites. However, inadequate flame resistance and thermal stability of these resins is one of their serious limitations. Our earlier studies have shown excellent flame resistance properties of addition polyimides based on bis(3-aminophenyl) methyl phosphine oxide (B) or tris(3-aminophenyl) phosphine oxide (T). Carbon fiber reinforced composites based on such matrix resin did not burn even in pure oxygen. In order to investigate the effect of weight percent of phosphorus on thermal behaviour and flame resistance, a series of addition polyimides and epoxy resins were prepared using B, T and amide-amines. The effect of structure on curing behaviour of resins and thermal and flame resistance of cured resins was evaluated. The results demonstrate an improvement in char yield of resins containing higher weight percent of phosphorus. Received: 6 November 2000 / Reviewed and accepted: 7 November 2000     

聚(苯基硅烷-芳炔)树脂合成及耐高温结构形成机理

含硅芳炔树脂(PSAs)因其突出的耐热性能,在诸多领域具有应用价值。为满足高速发展的航空航天、电子信息技术的应用需求,耐高温树脂材料性能亟待提升。本研究以1,3-二乙炔基苯和苯基二氯硅烷为原料,通过格氏试剂法合成线型聚(苯基硅烷-芳炔)树脂(PPSA),对其交联固化形成耐高温结构的机理进行研究。采用差示扫描量热仪(DSC)与热重分析(TGA)对其热固化行为和热稳定性进行表征,采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和裂解气质联用(Py-GC-MS)对PPSA树脂耐高温结构的形成机理进行研究。实验证明,PPSA树脂在热固化过程中通过环三聚反应、Diels-Alder反应和硅氢加成反应生成苯环、萘环和菲环等类芳环结构,赋予了PPSA固化物优异的耐高温性能,其热分解温度(T_d5)为742-755℃,1000℃热解残留率大于92%。因此,PPSA对拓宽含硅芳炔的应用具有重要意义。     

Development of polyimide–nanosilica filled EPDM based light rocket motor insulator compound: Influence of polyimide–nanosilica loading on thermal,ablation, and mechanical properties

Thermal protection materials are necessary to protect structural components of launch vehicles during lift-off of launching system. The present study deals with the development of a novel thermally protected light rocket motor insulator compound (RMIC) of polyimide–silica filled EPDM nanocomposites. The insulation compound prepared for the studies comprised of aromatic polyimide and nanosilica particles. The addition of these materials in rocket insulator compound enhanced the multifunctional thermal and insulation characteristics. EPDM when grafted with maleic anhydride, contributed polarity in the non-polar EPDM matrix. Nanosilica contributes specifically better erosion resistance. SEM and TEM micrograph of EPDM nanocomposites exhibits good dispersion of nanosilica in polyimide–EPDM matrix. Nanocomposite formation was characterised by FTIR. Density, co-efficient of thermal expansion, thermal conductivity, ablation rate, specific heat, maximum thermal degradation, char yield and mechanical properties of the RMIC have been measured. This developmental study may find wide scope for commercial exploitation.     

磷氮复合阻燃环氧树脂的制备及其阻燃性能

为改善环氧树脂的阻燃性，成功合成了一种含苯砜基和磷杂菲杂环的阻燃添加剂(FRASP)。采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱法(ATR-FTIR)、核磁共振(NMR)和元素分析等手段对FRASP的化学结构进行表征。将FRASP添加到双酚A型环氧树脂(DGEBA)中，经4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)固化后，制备出DGEBA-FRASP复合树脂。FRASP质量分数为9wt%的DGEBA-FRASP复合树脂的极限氧指数(LOI)达到35.9%，垂直燃烧(UL94)的等级为V-0级。残炭的形貌和激光拉曼光谱(LRS)分析显示，FRASP促进膨胀、致密、高石墨化程度的多孔炭层的生成。热重分析表明，FRASP改变了DGEBA-FRASP复合树脂的热降解过程，促进了DGEBA-FRASP复合树脂提前热分解，使最大失重率降低，并提高了残炭量。热裂解分析显示，DGEBA-FRASP复合树脂裂解过程中产生了含磷分子和不可燃气体，可稀释O₂并抑制燃烧过程中自由基链式反应。FRASP分子中P、N和S的协同作用，改善了DGEBA-FRASP复合树脂的阻燃性能。      

Thermoanalytical characterization of epoxy matrix-glass microballoon syntactic foams

Syntactic foams are finding new applications where their thermal stability and high temperature response are important. Therefore, the high temperature response of these advanced composites needs to be characterized and correlated with various material parameters. The present study is aimed at evaluating the effect of microballoon (hollow particle) volume fraction (Φ) and wall thickness (w) on thermoanalytical characteristics of epoxy matrix syntactic foams containing glass microballoons. These composites are characterized to determine the glass transition temperature (T _g), the weight loss, and the char yield. It is observed that T _g decreases and the char yield increases due to the presence of microballoons in the resin. The T _g is increased with an increase in Φ but is not significantly affected by w. The thermal stability is increased by increasing w and is relatively less sensitive to Φ. Understanding the relations between thermal properties of syntactic foams, the microballoon wall thickness, and microballoon volume fraction will help in developing syntactic foams optimized for mechanical as well as thermal characteristics. Due to the increased interest in functionally graded syntactic foams containing a gradient in microballoon volume fraction or wall thickness, the results of the present study are helpful in better tailoring these materials for given applications.     

新型结晶聚酯树脂的合成研究及表征

以对笨二甲酸、己二酸、偏苯三酸酐、新戊二醇为主要原料,通过两步法合成了一种新型结晶聚酯树脂.介绍了合成工艺及原材料的选择,通过红外光谱分析、差热分析、宽角X射线衍射分析、热重分析、扫描电镜分析等测试了其结构、形态和热性能.结果表明,合成的新型结晶聚酯树脂热稳定性很高,物理性质突出.