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可陶瓷化酚醛树脂膜的制备及性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

热防护材料通常是一种在正常使用条件下保护装置设备免于向内部传热的材料。随着其需求的不断增加,研究逐渐深入。由于热保护材料的历史悠久,技术相对成熟,因此得到了广泛的应用。例如,以酚醛树脂和环氧树脂为基材的低密度热防护材料可广泛应用于高压和低热流条件下的飞机热保护。它是航天器返回舱探测器中最重要的热保护材料。对于热保护系统和材料,提高所用材料的极限温度和高温性能,增加表面辐射能,增强抗氧化能力,并实现整合隔热和疏导能量的能力,是当前研究的热点。

酚醛树脂由于其原料易得,成本低,且耐热性,耐腐蚀性,阻燃性优异,也具备良好的机械性能和独特的抗烧蚀性,可广泛用于航空航天工业。但它也存在如脆性大,结构容易变形,酚基易氧化,容易变色等缺点,传统酚醛树脂可承受的最高温度约为250℃。当温度超过300℃时,它将经历一系列的性能变化,例如热解,碳化和成膜性变差等。所以应用在热防护材料领域时我们需要对酚醛树脂进行进一步的改性以改进它的缺点,开发它的应用潜质。例如,无机物物料的添加改性酚醛树脂主要是引入键能相对较大的共价键或者引入相对链较长的无机物以便提高酚醛树脂的热稳定性和柔韧性。

为了满足高新技术的发展,酚醛树脂预浸料制备新工艺也一直是人们关注的热点。预浸料的质量直接影响到复合材料构件的性能好坏。目前,预浸料制备工艺主要是溶液浸渍法和热熔法。在溶液浸渍过程中,引入大量溶剂,成本增加,挥发物含量高,产品批次不稳定,不利于操作者的健康和环境保护。热熔工艺可以避免上述问题,获得产品质量稳定,胶含量均匀的预浸料。因此,热熔预浸料近年来备受关注。热熔预浸工艺对树脂有严格的要求:树脂可以保证成膜,树脂膜可以自由弯曲,不留渣、粘在手上;当渗透纤维时树脂需要具有较低的粘度以确保纤维的充分润湿,并且制备的预浸料的含胶量均匀可控;将树脂渗透纤维制备成预浸料后,表面应粘稠,以满足敷层工艺的要求。基于树脂的热熔预浸渍工艺的上述要求,热固性酚醛树脂的挑战是:热熔法成膜性的特殊要求对改性剂选择范围有限;树脂对纤维的预浸过程,熔渗过程和预浸料满足铺覆要求的粘性窗口的控制尤为重要。未经处理的热固性酚醛树脂具有低分子量和高粘度,在一定温度下,相对分子质量迅速增加,薄膜脆化,易于熔渣,难以满足热熔工艺成膜要求。如何设计热熔性热固性酚醛树脂的组成和热熔工艺参数是热固性酚醛树脂在热熔预浸工艺中亟待解决的问题。据此,我们可以将可陶瓷化耐热改性剂引入酚醛树脂中。通过控制温度以确保酚醛树脂增韧,并且其耐热性不会丧失甚至改善。对于可陶瓷化酚醛树脂膜的制备工艺参数研究,可为热熔法酚醛树脂在高性能树脂基复合材料领域的应用提供参考。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

(1)可陶瓷化酚醛树脂膜复合材料的制备:用可陶瓷化体系改性酚醛树脂,通过控制变量,采用复合材料模压成型工艺制备填料含量不同的可陶瓷化酚醛树脂膜复合材料。
(2)可陶瓷化体系对于成膜性能的影响。
(3)通过sem、raman、ft-ir等方法对其进行微观结构分析,利用力学性能测试机、密度计等仪器研究复合材料的密度、热性能、力学性能、微观结构、成膜性能等,并分析可陶瓷化体系对于成膜性能的影响。
2.2 研究目标

(1)掌握陶瓷化可陶瓷化体系改性酚醛树脂膜的制备方法,同时学会采用热熔法制备酚醛树脂高性能复合材料。

(2)通过控制填料加入量,设计一系列填料含量梯度(20%、30%、40%)的陶瓷化酚醛树脂膜,对比分析可陶瓷化体系对于成膜性能的影响,获得可陶瓷化酚醛树脂膜密度等性能变化规律。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。

明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备,确定技术方案,并完成开题报告。


第4-5周:按照设计方案,购买原料,制备可陶瓷化酚醛树脂膜及其复合材料,不断完善实验方案。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]吴祥.热熔膜法长效低温碳纤维/环氧树脂预浸料的制备及性能研究[d].华东理工大学

[2]王戈,张文福,程海涛,顾少华,李明鹏.一种竹纤维热熔预浸料及其制备方法[p].2018-04-24.

[3]刘育红,井新利,姜雪,吕游.一种热熔法酚醛树脂预浸料及其制备方法[p].2016-09-02.

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