酚醛-石英混杂纤维增强苯并噁嗪复合材料高温失效特征

发布时间：2025-06-26 01:35

　　 通过模压工艺制备了酚醛-石英混织纤维增强苯并噁嗪复合材料（P-Q/BZ）试样,考察了其力学性能、烧蚀性能和耐冲刷性能,分析了该试样在高温环境中的主要失效特征,研究其在高温环境中的适用性。结果表明,未经热处理的P-Q/BZ试样平均弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度分别为283 MPa、10.8 GPa和22.6 MPa;经300℃,N₂处理15 min后,试样均匀膨胀,厚度增加22%,弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度分别下降58%、41%和58%;在氧乙炔焰的平均质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.048 4 g/s和-0.081 mm/s,烧蚀后试样宏观不分层,表面炭层微观分层严重,酚醛纤维热解炭、树脂基体热解炭、熔融石英纤维以及碳硅氧化产物相互分离;该试样耐冲刷能力差,在发动机尾焰烧蚀平台模拟的热-力耦合环境中的质量损失率高达59%。P-Q/BZ复合材料需要解决热解膨胀问题,进一步提高抗冲刷性能。

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【部分图文】：

图1 酚醛纤维和苯并噁嗪树脂的热解微分曲线

图1为酚醛纤维与BZ树脂的热解微分曲线。从该图中可以获得试样的初始热解温度、峰值分解温度以及分解基本结束温度数值。其中,酚醛纤维的Ti、Tp和Te分别约为416℃、500℃和792℃,热解温度范围约为376℃。BZ树脂的Ti、Tp和Te分别约为295℃、399℃和62....

图3 氧-乙炔焰烧蚀后的P-Q/BZ 试样

P-Q/BZ试样的氧-乙炔焰烧蚀的质量烧蚀率为0.0484±0.0048g/s,线烧蚀率约为-0.081±0.011mm/s。P-Q/BZ复合材料烧蚀后,未发现有宏观分层现象,烧蚀后炭层高于原试样,厚度增加,如图3所示。P-Q/BZ复合材料混杂酚醛纤维后能够改善石英/苯并....

图4 氧-乙炔焰烧蚀后的P-Q/BZ 试样表面SEM照片

图4为P-Q/BZ试样烧蚀后表面取样的微观照片。从该图中可以看出,炭层呈多层结构,层间有较大孔隙。图4中所示方框“a”区域为典型的热解炭区;箭头b所示两区域为典型的石英纤维熔融区,可以明显看出,两熔融区之间的间隙,图4中“c”区域为表层烧蚀脱落后残留的热解炭区域。由此可知,P-Q....

图5 发动机尾焰烧蚀后的P-Q/BZ 试样

由前文分析知,P-Q/BZ混杂复合材料在经历高温加热会迅速膨胀,当BZ树脂基体与酚醛纤维热解成炭后,试样层间界面结合差,高温烧蚀过程中炭层微观分层,形成不稳定的炭层结构,在发动机尾焰烧蚀中,试样抗气流冲刷能力差,质量损失高达59%左右,材料整体结构被破坏,部分纤维被完全冲断,如图....

本文编号：4052939