酚醛树脂炭的合成及其力学性能研究.pdf

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1、第6卷第2期2015年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．6No．2Mav2015文章编号：1674—8190(2015)02—201—04酚醛树脂炭的合成及其力学性能研究赵毓梅(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：为了表征多孑L炭泡沫材料基体的结构与力学性能，采用碱催化法制备热固性酚醛树脂，经固化、高温炭化处理合成多孔炭泡沫材料的基体——酚醛树脂炭。研究酚醛树脂炭的微观结构、压缩强度及压缩断裂韧性。结果表明：酚醛树脂炭结构以树脂炭基体、微孔和微裂纹为主，其碳元素以sp3杂化的非晶

2、炭形式存在；压缩强度为8．58MPa，压缩断裂特征为脆性断裂模式；酚醛树脂炭的压缩断裂韧性较差，断裂过程中吸收的总能量为0．135MJ／m3。关键词：酚醛树脂炭；碱催化法；压缩性能；断裂韧性中图分类号：TB332文献标识码：ASynthesisandMechanicalPropertiesofPhenolic—basedCarbonZhaoYurflei(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Inordertocharacterizeth

3、emicrostructureandmechanicalpropertiesofmatrixofporouscarbonfoam，phenolic—．basedcarbonaresynthesizedbycuringandcarbonizationofbase—．catalysisthermo-settingphenolicres．，in．Microstructure，compressivestrengthandfracturetoughnessofsyntheticphenolic—basedcarbonarestudied．Theresultsshowthat

4、phenolic-basedcarbonmainlyconsistsofresin-derivedcarbon，microporesandmicroc—racks；andcarbonelementexistsintheformofsp3richamorphouscarbon．Thecompressivestrengthofphe—nolic—basedcarbonis8．58MPa，whosecompressivefracturecharacteristicisbrittlefracture．Itsfracturetough—hessisworse，whichis

5、markedbytheenergyincompressivefractureof0．135MJ／m3．Keywords：phenolic—basedcarbon；base-catalyzedtransesterification；compressiveproperties；fracturetough—neSS0引言多孔炭泡沫材料具有密度低、热稳定性优良、力学性能良好、在无氧条件下可加热到3300℃而不熔化不软化等特质，已成功应用于航空、航天、航海等军事领域，近年来成为炭基材料领域的研究热点[1-3]。目前，国内外对多孑L炭泡沫材料的研究主要集中于制备工艺的优化、力

6、学与热学性能的改进等。炭泡沫材料传统的制备方法包括物理方法和化学合成法[3{]。合成的炭泡沫孔形状不规则，并收稿日期：2014—11—18；修回日期：2015—03—01通信作者：赵毓梅，Zhaoym@nwpu．edu．cn且具有一定的开孔率，开孑L的存在，对材料的力学性能影响较大。为了降低炭泡沫材料的开孔率，使闭孑L相的形状规则、孔径均匀，WangBin等[6]、田卓等[7]在传统发泡工艺的基础上改良造孔工艺，合成闭孔空心微球相，将其引入炭泡沫基体，合成了闭孔孔径为数百微米的微球型炭泡沫材料。为了改善多孔炭泡沫材料的性能，对其进行改性研究，wuXiaowen等[

7、81合成了铝硅酸盐改性炭泡沫材料，铝硅酸盐的引入，提高了多孔炭泡沫的中温抗氧化性能与隔热性能，但其力学性能并未得到明显改善。LuoRuiying等口1将K2Ti6013晶须引入多孔炭泡沫中，当K：Ti。O。。晶须含量为4wt．％时，多孔炭泡沫的压缩性能得到了明显提高；K：Ti。O，。晶须的引入亦改善了炭泡沫在常温202航空工程进展第6卷下的隔热性能。王茜等[1叩将纳米蒙脱土引入多孔炭泡沫材料中，合成的颗粒增强型多孔炭泡沫材料具有良好的压缩强度(25．5MPa)。目前，关于多孔炭泡沫材料基体性能的研究鲜有报道。多孔炭泡沫材料是一种以闭孔空心结构为主的复合材料，其力学

8、性能、隔热