高强度—中密度纳米孔树脂基防隔热复合材料的制备与性能

作者：钱震; 张鸿宇; 张琪凯; 王锋; 王胜; 赵坚; 牛波; 张亚运; 龙东辉^*

来源：复合材料学报, 2023, 40(01): 83-95.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20211223.001

• 热防护材料
• 纳米孔基体
• 树脂基复合材料
• 石英纤维
• 防隔热性能
• 碳纤维

针对新一代航天器长时防隔热-高气动剪切的防热需求，以杂化酚醛树脂为基体、纤维布/纤维网胎逐层针刺结构为增强体，通过溶胶-凝胶工艺，制备出一种中密度-高强度-防隔热一体化的纳米孔树脂基复合材料(IPC-90)，系统研究了石英纤维(QF/IPC-90)和碳纤维(CF/IPC-90)对复合材料的微观结构、力学性能、静态隔热和烧蚀性能的影响，探讨了其在低-中-高温度下的烧蚀机制。结果表明：纤维布的引入使IPC-90具有优异的力学性能(拉伸曲强度>120 MPa，弯曲强度>90 MPa)；纳米孔基体和纤维网胎的引入使IPC-90在中密度(～0.95 g/cm3)下具有较低的热导率(室温热导率依次为0.089 W/(m·K)和0.120 W/(m·K))。在1 000℃静态隔热试验中，两种材料均展现了较好的热稳定性和抗氧化性，其等效热导率分别为0.142 W/(m·K)和0.186 W/(m·K)。在2 000℃以下氧-丙烷烧蚀试验中，QF/IPC-90和CF/IPC-90的烧蚀主要由基体热解、炭化收缩引起，其1 600℃下的线烧蚀率依次为0.0208 mm/s和0.0133 mm/s；在2 000℃以上氧-乙炔烧蚀试验中，CF/IPC-90的烧蚀由表面超高温炭化-升华主导，而QF/IPC-90则因石英纤维熔融导致其抗烧蚀性下降较为明显，两者在4.2 MW/m2下的线烧蚀率依次为0.073 mm/s和0.186 mm/s。

• 单位
  北京电子工程总体研究所; 华东理工大学