柔韌預浸炭纖維及C-,f--C復合材料的制備與抗氧化研究.pdf

1、炭纖維/炭(Cde)復合材料具有高比強度、高比模量、材料結構可設計性、高溫下強度保持率高等優(yōu)異的性能,它廣泛應用于軍事、航空航天等領域。Cf/C復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使用,使它成為一種極好的耐燒蝕材料,也是一種耐高溫熱結構材料,成為當今先進復合材料研究和開發(fā)的重點。但是Cf/C復合材料也存在一些問題限制了它的應用,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-炭化的復合致密化工藝,來達到減少致密化周期、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、預制體的成型及炭化、Cf/C復合材料的致密化和抗氧化涂層等對試樣性能的影響,其中炭纖維開纖和BPR粉末涂層對Cf/C復合材料的性能研究十分重要,采用空氣梳對炭纖維進行氣流開纖和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復合材料的致密化對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Cf/C復合材料性能的影響。
　　 針對炭纖維表面惰性不易被浸潤的特性,使用濃硝酸氧化法對炭纖維進行表面改性,采用掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FT-IR)和動態(tài)接觸角法等研究了炭纖維的形態(tài)、特征基團和表面浸潤性能的改變。首次利用空氣梳開纖和粉末涂層的方法制備柔韌預浸炭纖維絲束,空氣梳對炭纖維進行開纖時,考察氣流壓力和炭

4、纖維處理速度對開纖幅度和穩(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,并且對炭纖維產生巨大的破壞作用。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BPR粉末在炭纖維絲束上的涂層效果。
　　 采用熱壓成型工藝對BPR粉末涂層炭纖維進行成型,并對預制體的成型工藝和性能進行研究,成功地制備高體積分數(shù)炭纖維的預制體,為降低Cf/C復合材料的成本提出了新思路。通過達西定律、粉

5、末涂層炭纖維熱壓成型的特點和BPR的性能首次建立熱壓成型的浸漬模型,并成功地將其運用于預制體成型過程中的工藝參數(shù)調整。在合理控制炭化工藝的前提下,將預制體熱解制備Cf/C復合材料。
　　 研究不同致密化方法對Cf/C復合材料性能的影響。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Cf/C復合材料進行致密化,研究不同致密化方法對Cf/C復合材料的密度、開口氣孔率和形態(tài)結

6、構等的影響。首次提出PIC和IsIPC復合致密化方法,并對萘原位浸漬聚合的浸漬機理、聚合機理和聚合最佳條件進行研究,通過復合致密化方法處理的Cf/C復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Cf/C復合材料的石墨化度的影響,并由導熱機理探討了不同致密化方法對Cf/C復合材料導熱性能的影響。
　　 比較粉末涂層工藝和致密化方法對Cf/C復合材料高溫熱失重的變化,從而研究Cf/C復合材料基體制備工