柔韌預(yù)浸炭纖維及C-,f--C復(fù)合材料的制備與抗氧化研究.pdf

1、炭纖維/炭(Cde)復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、材料結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、高溫下強(qiáng)度保持率高等優(yōu)異的性能,它廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天等領(lǐng)域。Cf/C復(fù)合材料抗氧化涂層研制成功后,在氧化氣氛下可以多次重復(fù)使用,使它成為一種極好的耐燒蝕材料,也是一種耐高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)材料,成為當(dāng)今先進(jìn)復(fù)合材料研究和開發(fā)的重點(diǎn)。但是Cf/C復(fù)合材料也存在一些問題限制了它的應(yīng)用,目前主要的問題是各種常用的致密化方法和浸漬劑性能不盡如人意。探索一種全新的粉末涂層快速制備C

2、f/C復(fù)合材料途徑,并通過瀝青浸漬.炭化和萘原位浸漬聚合-炭化的復(fù)合致密化工藝,來達(dá)到減少致密化周期、降低材料成本。
　　 本文主要研究炭纖維處理、硼改性酚醛樹脂(BPR)粉末涂層、預(yù)制體的成型及炭化、Cf/C復(fù)合材料的致密化和抗氧化涂層等對(duì)試樣性能的影響,其中炭纖維開纖和BPR粉末涂層對(duì)Cf/C復(fù)合材料的性能研究十分重要,采用空氣梳對(duì)炭纖維進(jìn)行氣流開纖和BPR粉末涂層可以制備柔韌性優(yōu)良的絲束,該絲束不僅可以直接成型,而且還可以

3、編織、紡織成一定的形狀后成型。Cf/C復(fù)合材料的致密化對(duì)其性能提高有非常明顯的效果,集中探討了三種致密化方法對(duì)Cf/C復(fù)合材料性能的影響。
　　 針對(duì)炭纖維表面惰性不易被浸潤(rùn)的特性,使用濃硝酸氧化法對(duì)炭纖維進(jìn)行表面改性,采用掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FT-IR)和動(dòng)態(tài)接觸角法等研究了炭纖維的形態(tài)、特征基團(tuán)和表面浸潤(rùn)性能的改變。首次利用空氣梳開纖和粉末涂層的方法制備柔韌預(yù)浸炭纖維絲束,空氣梳對(duì)炭纖維進(jìn)行開纖時(shí),考察氣流壓力和炭

4、纖維處理速度對(duì)開纖幅度和穩(wěn)定性的影響;該方法充分克服炭纖維開纖困難的難題,如采用常規(guī)的羅拉法開纖,分絲效果不太理想,并且對(duì)炭纖維產(chǎn)生巨大的破壞作用。比較系統(tǒng)地研究開纖幅度、處理速度、樹脂粉末的粒徑和加熱溫度等對(duì)BPR粉末在炭纖維絲束上的涂層效果。
　　 采用熱壓成型工藝對(duì)BPR粉末涂層炭纖維進(jìn)行成型,并對(duì)預(yù)制體的成型工藝和性能進(jìn)行研究,成功地制備高體積分?jǐn)?shù)炭纖維的預(yù)制體,為降低Cf/C復(fù)合材料的成本提出了新思路。通過達(dá)西定律、粉

5、末涂層炭纖維熱壓成型的特點(diǎn)和BPR的性能首次建立熱壓成型的浸漬模型,并成功地將其運(yùn)用于預(yù)制體成型過程中的工藝參數(shù)調(diào)整。在合理控制炭化工藝的前提下,將預(yù)制體熱解制備Cf/C復(fù)合材料。
　　 研究不同致密化方法對(duì)Cf/C復(fù)合材料性能的影響。通過瀝青浸漬-炭化(PIC)、原位浸漬聚合-炭化(IsIPC)和硼改性酚醛樹脂浸漬-炭化(BPR-IC)對(duì)Cf/C復(fù)合材料進(jìn)行致密化,研究不同致密化方法對(duì)Cf/C復(fù)合材料的密度、開口氣孔率和形態(tài)結(jié)

6、構(gòu)等的影響。首次提出PIC和IsIPC復(fù)合致密化方法,并對(duì)萘原位浸漬聚合的浸漬機(jī)理、聚合機(jī)理和聚合最佳條件進(jìn)行研究,通過復(fù)合致密化方法處理的Cf/C復(fù)合材料的性能有較大幅度的提高。采用X-射線衍射(XRD)分析不同致密化方法對(duì)Cf/C復(fù)合材料的石墨化度的影響,并由導(dǎo)熱機(jī)理探討了不同致密化方法對(duì)Cf/C復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。
　　 比較粉末涂層工藝和致密化方法對(duì)Cf/C復(fù)合材料高溫?zé)崾е氐淖兓?從而研究Cf/C復(fù)合材料基體制備工