可瓷化有机硅防热复合材料制备及性能研究

发布时间：2020-10-25 02:53

　　 随着航天技术的发展以及国防技术的需要,高超声速长航时航天飞行器对防热材料的长时抗氧化能力提出了更高要求。现有酚醛复合材料在长时氧化环境中烧蚀量大,严重影响热防护效果,针对这一问题,本文对热氧化稳定性优异的可瓷化有机硅复合材料展开研究,为其应用于航天器大面积防热领域提供指导。首先,采用乙烯基三甲氧基硅氧烷和二甲基二甲氧基硅氧烷合成了四种不同单体配比的聚倍半硅氧烷(PSQ),通过FTIR、~1H-NMR、~(29)Si-NMR、GPC、MALDI-TOF-MS、DSC、TG等方法对PSQ的分子结构、工艺性能和热稳定性进行表征,综合各项性能参数选择PMVSQ31作为可瓷化复合材料的基体使用,并对其凝胶时间、粘度、固化动力学、裂解反应等进行探究,结果表明PMVSQ31具有良好的工艺窗口,固化工艺制度确定为100℃/0.5h、130℃/0.5h、150℃/3h,马弗炉热处理后原始形貌保持较为规整,残重率高,可发生无机转变生成方石英陶瓷。其次,选取硼化钛、碳酸钙、碳酸镁、氧化铝、云母粉、玻璃粉组成六元成瓷填料体系(F6),通过分析不同配比的F6体系和可瓷化浇铸体的陶瓷化性能,确定了成瓷填料的最佳配方为F6-Z3。在此基础上,考察了短切石英纤维(CQF)与树脂基体对浇铸体陶瓷化效果的影响,研究发现CQF含量和树脂硅含量的提高能显著改善材料热处理后的宏观形貌、质量和尺寸稳定性。通过SEM、XRD、EDS等方法对材料高温下发生的陶瓷化反应机理进行探究,发现材料表面形成了一定厚度的陶瓷保护层,原位生成了MgAl_2O_4、Al_2Si_2O_5等陶瓷相。最后,对影响PSQ预浸料的各项工艺参数进行研究,确定刮涂法为干法PSQ预浸料的制备方法,将预浸料溶剂含量和胶液含量分别控制在10%与700 g/m~2左右,储存时间不宜超过20天。以倾斜铺覆的方式模压制备了可瓷化有机硅复合材料(SDC),并对其力学性能、热物理性能、烧蚀性能进行表征评价,研究发现该复合材料在热处理后具有良好的力学强度和模量,烧蚀后试样表面平整,无宏观开裂、揭层等现象,长时抗氧化性能优异,可作为树脂基复合材料应用于航天飞行器的大面积防热领域。。
【学位单位】：中国运载火箭技术研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V25
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略语表
1.绪论
    1.1 .研究背景
    1.2 .研究目的与意义
    1.3 .树脂基防热复合材料
        1.3.1 .树脂基防热复合材料发展概述
        1.3.2 .树脂基防热复合材料研究现状
    1.4 .可瓷化复合材料
        1.4.1 .可瓷化复合材料概述
        1.4.2 .可瓷化复合材料成瓷机理
        1.4.3 .可瓷化复合材料研究现状
    1.5 .聚倍半硅氧烷
        1.5.1 .聚倍半硅氧烷的结构与性能
        1.5.2 .聚倍半硅氧烷的合成与应用
    1.6 .研究内容
2.实验部分
    2.1 .实验材料与仪器
        2.1.1 .实验材料
        2.1.2 .实验仪器
    2.2 .实验方法
        2.2.1 .聚倍半硅氧烷的合成
        2.2.2 .成瓷填料复配及可瓷化浇铸体的制备
        2.2.3 .可瓷化有机硅复合材料的制备
    2.3 .实验测试与表征
        2.3.1 .树脂结构与性能表征
        2.3.2 .微观分析
        2.3.3 .力学性能测试
        2.3.4 .热性能测试
        2.3.5 .烧蚀性能测试
3.聚倍半硅氧烷的结构与性能表征
    3.1 .单体配比对聚倍半硅氧烷结构与性能的影响
        3.1.1 .单体配比对PSQ分子结构的影响
        3.1.2 .单体配比对PSQ工艺性能的影响
        3.1.3 .单体配比对PSQ热稳定性的影响
    3.2 .PMVSQ31 工艺性能分析
        3.2.1 .温度对PMVSQ31 凝胶时间的影响
        3.2.2 .加热时间对PMVSQ31 粘度的影响
        3.2.3 .溶剂含量对PMVSQ31 性能的影响
        3.2.4 .PMVSQ31 固化反应动力学研究
    3.3 .PMVSQ31 耐热性能分析
        3.3.1 .热处理温度对PMVSQ31 宏观形貌的影响
        3.3.2 .热处理温度对PMVSQ31 微观形貌的影响
        3.3.3 .热处理温度对PMVSQ31 分子结构的影响
        3.3.4 .PMVSQ31 裂解反应动力学研究
    3.4 .本章小结
4.成瓷填料配方及其陶瓷化机理研究
    4.1 .成瓷填料种类对PMVSQ31 陶瓷化性能的影响
    4.2 .成瓷填料配比对F6 体系陶瓷化性能的影响
        4.2.1 .F6 体系热处理后的宏观形貌分析
        4.2.2 .F6 体系热处理后的质量变化分析
        4.2.3 .F6-Z3 的微观形貌分析
        4.2.4 .F6-Z3 的物相转变分析
    4.3 .F6 配比对PMVSQ31 浇铸体陶瓷化性能的影响
        4.3.1 .PMVSQ31 浇铸体热处理后的宏观形貌分析
        4.3.2 .PMVSQ31 浇铸体热处理后的质量和体积分析
        4.3.3 .PMVSQ31-Z3 热处理后的微观形貌分析
        4.3.4 .PMVSQ31-Z3 热处理后的物相转变分析
    4.4 .短切石英纤维对PMVSQ31-X浇铸体陶瓷化性能影响
        4.4.1 .PMVSQ31-X浇铸体热处理后的宏观形貌分析
        4.4.2 .PMVSQ31-X浇铸体热处理后的质量和体积变化分析
        4.4.3 .PMVSQ31-X浇铸体热处理后的微观形貌分析
    4.5 .树脂基体对可瓷化浇铸体的陶瓷化性能影响
        4.5.1 .树脂基体对浇铸体热处理后宏观形貌的影响
        4.5.2 .树脂基体对浇铸体热处理后质量和体积的影响
        4.5.3 .树脂基体对浇铸体热处理后微观形貌的影响
    4.6 .有机硅可瓷化浇铸体原位陶瓷化机理分析
    4.7 .本章小结
5.可瓷化有机硅复合材料的制备与性能表征
    5.1 .PSQ预浸料的工艺参数研究
        5.1.1 .溶剂含量
        5.1.2 .制备方法
        5.1.3 .PSQ胶液含量
        5.1.4 .纤维织物种类
        5.1.5 .储存时间
    5.2 .斜铺SDC复合材料的综合性能评价
        5.2.1 .力学性能分析
        5.2.2 .热物理性能分析
        5.2.3 .烧蚀性能分析
    5.3 .本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 童心昶;;碳基复合材料制备及其电化学电极的分析[J];电子制作;2017年06期

2 鲁宁宁;许磊;历长云;王有超;米国发;;石墨烯增强铝基复合材料制备技术研究进展[J];粉末冶金技术;2017年04期

3 李春艳;姜龙;彭红霞;田修营;;Fe_3O_4@SiO_2@C@ZnO复合材料制备和性能研究[J];广州化工;2019年22期

4 张磊;;高强度可溶金属基复合材料制备与性能研究[J];石油和化工设备;2017年03期

5 ;“多孔功能复合材料制备关键技术及其应用”通过成果鉴定[J];华南理工大学学报(自然科学版);2009年07期

6 杨世源,郑昌琼,冉均国,李家杰;碳化硅晶须增韧氧化铝复合材料制备中的几个问题[J];中国陶瓷;1995年01期

7 徐井利;王丹勇;陈以蔚;李树虎;秦贞明;刘成阳;;聚合物/CNTs复合材料制备及其力学性能影响因素[J];工程塑料应用;2012年04期

8 编辑部;;2018特种粉末冶金及复合材料制备/加工第三届学术会议在长沙召开[J];粉末冶金工业;2019年01期

9 谢迪;韦红余;刘娜;;石墨烯及其功能化复合材料制备研究[J];通信电源技术;2016年06期

10 刘学功;韩文静;;煤炭固体废弃物煤矸石在复合材料制备中的应用[J];材料研究与应用;2015年03期

相关博士学位论文 前10条

1 景凌云;纳米MnO_2基复合材料制备及其对水溶液中四溴双酚A、重金属离子和染料的吸附研究[D];兰州大学;2015年

2 张慧波;聚氨酯弹性体改性及其复合材料制备研究[D];南京理工大学;2008年

3 程南璞;SiC_p/Al复合材料制备工艺和微结构及性能研究[D];中南大学;2007年

4 朱晓勇;面向等离子体ODS-W复合材料制备、表征与性能研究[D];合肥工业大学;2016年

5 刘伟锋;拉伸形变主导作用的TPU增韧复合材料制备及其结构性能研究[D];华南理工大学;2013年

6 李文博;碳基复合材料制备及其电化学电极研究[D];南京大学;2012年

7 王宇;铁基及镍基金属/金属间化合物微叠层复合材料制备与化合物层组织性能研究[D];大连理工大学;2016年

8 陈艳华;聚合物/石墨烯纳米复合材料制备与性能研究[D];苏州大学;2013年

9 常青;HA/Ti-Fe生物复合材料制备、组织与性能的研究[D];东北大学;2011年

10 李海明;壳聚糖基复合材料制备及铜离子吸附研究[D];天津大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 程治硚;可瓷化有机硅防热复合材料制备及性能研究[D];中国运载火箭技术研究院;2019年

2 马文清;镁基复合材料制备及其吸氟性能研究[D];青海师范大学;2019年

3 刘璐;FeO_x/SiO_2复合材料制备及其净化染料废水的性能研究[D];济南大学;2019年

4 叶坤豪;氢氧化镁填充尼龙6导热复合材料制备与性能研究[D];华南理工大学;2019年

5 刘泠杉;编织穿刺复合材料制备方法及穿刺机设计[D];东华大学;2014年

6 邓梓阳;墨水基复合材料制备及其太阳能光热转化应用研究[D];桂林电子科技大学;2018年

7 罗秋云;纳米SiO_2纤维、硅藻土/PMMA复合材料制备及其性能研究[D];江西理工大学;2018年

8 杨松波;氧化银基半导体复合材料制备及其光催化性能研究[D];江苏大学;2017年

9 孟亚东;铟/铋基半导体复合材料制备及其光催化性能研究[D];江苏大学;2017年

10 谢秋霞;纳米纤丝纤维素复合材料制备OLED基材的研究[D];广西大学;2017年

本文编号：2855351