树脂基复合材料的分解防热效率郭梅梅匡松连
华小玲张宗强
（航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076）
文摘为了提高树脂基复合材料烧蚀中的热阻塞效应，同时避免因为加入过量树脂引起的复合材料脆性较大的问题，本文提出了引入可分解纤维改性的方法来解决这一矛盾。通过比较，筛选出了分解性质与酚醛树脂相似的可分解纤维，制备了改性纤维/酚醛复合材料。电弧风烧蚀试验结果显示，20mm厚的改性纤维/ 酚醛在最高热面温度1300℃、总加热时间600s的条件下背面温升比相同条件下高硅氧/酚醛低约40℃，表现出很好的烧蚀防热性能，与材料设计的初衰相符。因此，引入可分解纤维的方法是一种有效改善复合材料性能的方法。
关键词树脂基复合材料，热阻塞效应，防热
Heat-ResistantEffectof Pyrolysisof ResinComposites
Guo Meimei
Hua Xiaoling
KuangSonglian
Zhang Zongqiang
(Science and Technology on Advanced Functional Composites Laboratory, Aerospace Research Institute
of Materials & Processing Technology, Beijing 100076)
AbstractFor improving heat-obstructive effect and avoiding brittleness from increasing phenolic resin, a novel reformative method was thought out and carried into execution. A kind of pyrolysis fiber showed the similar decomposi-tion characteristics as phenolic resin. A typical sample was produced according to the modified principle and tested. Arc heated wind tunnel experimental results indicated that the back temperature of 20 mm new composite was lower &-bout 40℃ than high silicon/phenolic under the same test condition (The highest surface temperature was 1 300 and the total hecating time was 600 s).The new composite showed excellent heat-obstructive effect and the results were consistent with the original objective. The novel reformative method was perspective on improving the heat-obstructive effect.
Key wordsResin composite,Heat-obstructive effect,Thermal protection
引言 0
树脂基复合材料是一种分解型的烧蚀材料[1-4] 例如：飞船或探测器中成熟使用的蜂宽增强材料等(5)。分解型烧蚀材料主要是利用其高相变热、低热导率的可分解组分，在吸收气动加热的大量热量后发生相变，并随着相变物质的质量流失而把热量带走。但随着高速飞行器的研制开展，对热防护材料在较低热流、较高气流剪切力、长时间条件下的烧蚀隔热性能提出了更高的要求，需要研制新型树脂基复合材料。对于烧蚀材料的综述及改进研究的报道已经屡见不鲜，但这些研究的着重点是放在提高材料的耐烧蚀性上[3-4,6]，本文提出了一种提高树脂基复合材料分解防热中热阻塞效应的新的改性方法，为拓展树
脂基防热材料发展的新途径提供参考。 1树脂基复合材料分解防热
收稿日期：2011-09-30
1.1树脂基复合材料分解防热原理
传统的树脂基复合材料，如高硅氧/酚醛、玻璃/ 酚醛等在中低热流条件下受热时，首先发生表层树脂裂解，释放出小分子气体，生成碳化层、热解层，随着树脂的裂解，同时会向外引射分解气体，分解产生的气体一方面可以阻挡热流侵入，形成热阻塞效应，另一方面，对碳化层起到冷却降温的作用，维持碳层稳定。在短时间烧蚀情况下，复合材料的这种热阻塞效应效果显著，表现出很好的烧蚀隔热性[7-9]；在长时间烧蚀情况下，外层基体树脂分解生成的气体热阻塞效应就会减弱，因为增强体不发生变化，只有通过增加基体树脂的分解量来提高热阻塞效应，材料的原始层厚度减少，更多的热量就会传到材料内部，从而引起材料背面温升增加。图1即为传统树脂基复合材料分解防热模型。
作者衡介：郭梅梅，1982年出生，博士，主要从事大面积树脂基复合材料烧蚀防热应用研究。E-mail：gam198253@yahoo.com.cn
-58 万方数据
宇航材料工艺http：//www.yhclgy.com2012年第2期