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无机改性酚醛树脂膜烧蚀性能与熔渗性能研究文献综述

 2020-04-15 05:04  

1.目的及意义

随着科技的进步,航天航空,电子,汽车,机械制造等尖端技术领域对提高材料耐热性的要求越来越高,而与之相关的树脂基复合材料的耐高温性遇到了严峻的考验,这也成为推动新型高性能树脂发展的主要动力之一,高性能改性树脂也是伴随着高新技术发展而进步的。因此对树脂各项性能的研究是当今聚合物应用的重要课题。

酚醛树脂自1872年问世以来,以其卓越的黏附性能,优良的耐热性能,独特的抗烧蚀性,良好的阻燃性,良好的稳定性的综合力学性能,可作为涂料,胶粘剂,复合材料树脂基体,电子封装材料,浇注料,电子及电子工程阻燃元件材料等领域得到广泛应用[15]

在热防护材料领域,酚醛树脂是使用最早而且目前仍在大量使用的烧蚀复合材料的树脂基体。目前在热防护材料领域酚醛树脂的地位是不可替代的。对于低成本的近、中程固体火箭发动机来说,选择酚醛类烧蚀复合材料比较适宜,这主要是因为材料的成本低,且烧蚀性能满足使用要求。 然而酚醛树脂的不足之处是其烧蚀性能不太稳定,尤其是在大型同体火箭发动机中应用时更容易表现出烧蚀性 能不稳定性的现象。为了更好地发挥酚醛树脂在热防护材料领域的作用,国内外科学家对酚醛树脂的改性研究一直很活跃[10]

复合材料液体模塑技术(LiquidComposites Molding,LCM)是一种先进的复合材料低成本制造技术,适用于生产大批量复杂的复合材料结构制件,其主要原理是将液态树脂注入到预先放置增强材料的模腔中,或将预先放入模腔内的固态树脂膜或块,加热熔化,然后在液态树脂充满模腔的同时完成对增强材料的浸润,最后固化成型,得到复合材料制件的一类技术[4],其主要成型工艺有树脂传递模塑成型技术(ResinTransfer Molding,RTM)、树脂膜熔渗工艺(Resin Film infusion,RFI)、真空注射成型技术(Vacuum Infusion MoldingProcess,VIMP)等。其中树脂膜熔渗工艺是在RTM基础上发展而来的,同时结合了传统的真空袋压成型工艺,免去了RTM中的树脂注射设备和双面模具,解决了树脂注入时间长(或纤维增强体浸润时间长)的问题,而且将树脂的流动从三维转变为一维纵向(厚度)的流动,具有成本低、模具简单,适合制造大型、复杂的制件等优点[5.6.7.8].

树脂膜的选择与制备室RFI成型工艺最关键的环节之一,其最大程度的保证了复合材料的性能水平。另一方面,树脂体系的操作性能,即粘度随温度的变化性能,极大地影响了RFI成型过程树脂的浸润,以及均一性,从而影响其表面光洁性及铺覆性[1]

为了进一步提高酚醛树脂的耐热性能和熔渗性能,可以通过改性的方法来提高其性能,一般对酚羟基进行改性,具体有以下几种方法:a)将酚羟基醚化或者醋化:b)引进其他组分与酚醛树脂发生化学反应或部分混合,分割包围酚羟基;c)用疏水性的苯环代替酚醛树脂中一半的酚环:d)用多价元素如Ca、Mg、Zn、Cd等形成配合物来改性:e)用杂原子如O、S、N、Si等取代亚甲基键来改性”[14.16]。也可以通过引入金属离子来改性酚醛树脂,碳化锆陶瓷具有高熔点、高强度、高硬度,导热导电性好,特别是具有较小的中子吸收能力、耐辐射等特点,使其在高温结构陶瓷材料、复合材料、耐火材料以及核反应堆包覆燃料颗粒阻挡层等领域中得到了较好的应用,而碳化锆粉体也具有相似的特点,可以用来改性酚醛树脂。

本课题组主要采用是将碳化锆无机粉末加入到B80酚醛树脂中进行物理共混,以混合后的树脂体系为基体,石英纤维为增强体制备复合材料,探究碳化锆无机粉末对酚醛树脂的耐高温性能的影响,通过RFI成型工艺制备酚醛树脂膜,并测试酚醛树脂的熔渗性能。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容

材料制备:将碳化锆无机粉体与酚醛树脂进行物理共混,混合均匀后在模具中压制,得到实验试样,利用RFI成型方法制备酚醛树脂基复合材料。

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