高温下平纹编织碳/酚醛复合材料等效热导率的理论预测及分析

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作者 王一帆 王秋雨 +3 位作者 曹涛锋 陈晨 陈磊 陶文铨 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期667-674,共8页

高温下平纹编织碳/酚醛复合材料的热学性能研究是一个难点。根据材料的微观结构演变及热解机理,将三相周期性立方消融模型与现有的两相复合材料模型相结合,构建了平纹编织碳/酚醛复合材料热导率的理论预测模型。综合考虑酚醛基体孔隙率... 高温下平纹编织碳/酚醛复合材料的热学性能研究是一个难点。根据材料的微观结构演变及热解机理,将三相周期性立方消融模型与现有的两相复合材料模型相结合,构建了平纹编织碳/酚醛复合材料热导率的理论预测模型。综合考虑酚醛基体孔隙率、增强碳纤维体积分数以及温度等因素,研究了酚醛和碳纤维材料、基于微观特征体积单元的碳纱线以及基于介观特征体积单元的平纹编织碳/酚醛复合材料在高温下热导率的动态响应,并对材料热导率的各向异性进行了分析。随着纱线含量的增加,碳/酚醛复合材料在平行织面和垂直织面上的热导率都会增加,并且平行织面方向的热导率比垂直织面方向大4~10倍。所建模型可以用于预测高温下酚醛材料及碳纤维材料、碳纱线和平纹织物复合材料的等效热导率。 展开更多

关键词 平纹编织 碳/酚醛复合材料 高温热导率

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碳/酚醛复合材料烧蚀性能的实验研究 被引量：10

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作者 刘德英 王岳广 +1 位作者 张友华 杨汝森 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期59-61,共3页

总结了电弧加热器湍流导管试验装置上对碳 /酚醛复合材料的烧蚀试验结果 ,利用多元线性回归方法 ,拟合出烧蚀材料的有效烧蚀焓与冷壁热流密度、壁面压力的关联式。在一定热流、压力范围内可以很方便地计算出碳

关键词 碳/酚醛复合材料 烧蚀性能 实验研究 有效烧蚀焓 质量烧蚀率 热防护性能 飞行器

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碳/酚醛复合材料烧蚀过程热应力分析 被引量：7

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作者 易法军 刘永清 +1 位作者 翟鹏程 匡松年 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1081-1084,共4页

为了评价防热材料的烧蚀性能,利用有限元软件ANSYS对碳/酚醛复合材料烧蚀过程中热应力的分布与演化规律进行了数值模拟.计算了恒定热流边界条件下材料的瞬态温度场和热应力场,采用蔡-希尔准则对材料热解区进行了破坏分析.数值计算结果... 为了评价防热材料的烧蚀性能,利用有限元软件ANSYS对碳/酚醛复合材料烧蚀过程中热应力的分布与演化规律进行了数值模拟.计算了恒定热流边界条件下材料的瞬态温度场和热应力场,采用蔡-希尔准则对材料热解区进行了破坏分析.数值计算结果与试验测试及图像分析结果的比较表明,随烧蚀过程的进行,材料热影响深度逐渐增大,温度梯度减小;材料热解区存在因热膨胀引起的热应力峰值,并随烧蚀过程逐渐后移,热应力是导致材料裂纹产生并扩展的主要原因. 展开更多

关键词 烧蚀 热应力 碳/酚醛复合材料 数值模拟

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三维整体编织碳/酚醛复合材料烧蚀表面状态测试与分析 被引量：3

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作者 姚承照 胡宝刚 +1 位作者 冯志海 刘武 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2001年第6期72-76,共5页

为了更好地研究三维整体编织碳 /酚醛复合材料的成型工艺对材料烧蚀性能的影响 ,选用不同纤维体积分数和不同编织结构的碳 /酚醛复合材料试样 ,进行烧蚀试验 ,利用TalyScan 15 0型表面粗糙度测试仪对试样烧蚀后的表面进行测试 ,并采用... 为了更好地研究三维整体编织碳 /酚醛复合材料的成型工艺对材料烧蚀性能的影响 ,选用不同纤维体积分数和不同编织结构的碳 /酚醛复合材料试样 ,进行烧蚀试验 ,利用TalyScan 15 0型表面粗糙度测试仪对试样烧蚀后的表面进行测试 ,并采用多种分析方法对测试结果进行分析。从分析结果可以看出三维四向结构的碳 /酚醛复合材料随着纤维体积分数的增加 ,烧蚀性能变好 ,较低纤维体积分数 (5 0 % )的三维五向结构碳 /酚醛复合材料具有较好的烧蚀性能。 展开更多

关键词 织物结构 纤维含量 烧蚀 表面分析 表面状态测试 碳/酚醛复合材料

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石英灯辐射加热条件下低密度碳/酚醛复合材料高温响应及分析 被引量：4

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作者 张军 许阳阳 +2 位作者 张运法 洪长青 方国东 《装备环境工程》 CAS 2020年第1期51-57,共7页

目的研究低密度碳/酚醛复合材料在不同地面加热实验测试响应的差异性,指导材料在实际应用环境下的高温响应分析。方法对低密度碳/酚醛复合材料开展了热流为400 kW/m^2的单侧石英灯辐射加热实验,利用热电偶测温系统测量试件在加热过程中... 目的研究低密度碳/酚醛复合材料在不同地面加热实验测试响应的差异性,指导材料在实际应用环境下的高温响应分析。方法对低密度碳/酚醛复合材料开展了热流为400 kW/m^2的单侧石英灯辐射加热实验,利用热电偶测温系统测量试件在加热过程中不同位置的温度时间历程,并对试件的烧蚀形貌和微观结构进行观测。同时与热流为464k W/m^2的氧乙炔加热陶瓷板辐射加热实验结果进行对比分析,并且采用有限元方法对材料的传热传质多场耦合计算进行分析。结果对于石英灯辐射加热,在测量点升温到接近200℃时,温度响应拐点都依次出现。由于加热的辐射热源不同,在不同的辐射波段下,多孔材料吸收和发射的热量不同,短时间内氧乙炔加热陶瓷板辐射加热使材料内部升温速率比石英灯辐射加热实验的要快,但长时间加热时现象刚好相反。结论进行传热传质多场耦合计算材料高温响应时,合理确定材料宏观性能随温度的变化至关重要。 展开更多

关键词 低密度碳/酚醛复合材料 石英灯加热 传热传质 温度响应

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原子氧辐照碳/酚醛复合材料的表面形貌及其演变机理研究 被引量：2

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作者 詹茂盛 郭丹丹 王凯 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期62-69,共8页

利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为。结... 利用原子氧暴露地面模拟实验装置,分别对碳/酚醛复合材料、碳纤维和酚醛树脂进行了20h原子氧辐照,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外衰减全反射(ATR-FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)技术分析了原子氧对碳/酚醛复合材料的侵蚀行为。结果表明,在原子氧环境中,酚醛树脂和碳纤维及碳/酚醛复合材料均发生质量损失,且碳/酚醛复合材料的质量损失率大于酚醛树脂与碳纤维之和。究其机理可知:复合材料中的孔隙和界面增大了原子氧的剥蚀面积,碳/酚醛树脂和碳纤维与原子氧的作用符合"掏蚀"模型,树脂表面出现孔洞,酚醛树脂中亚甲基和醚键易被原子氧氧化,碳纤维表面的上浆剂在原子氧环境中首先被剥蚀,而后裸露的碳纤维本体与原子氧作用导致纤维截面不再呈圆形,且尺寸减小,表面出现浅而宽的沟槽,最终纤维被氧化生成了大量的—O—CO和—CO基团。 展开更多

关键词 碳/酚醛复合材料 原子氧 剥蚀 机理

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发射箱导轨用石墨填充碳/酚醛复合材料研究 被引量：1

7

作者 唐英国 杨恒 《航天制造技术》 2009年第4期21-23,27,共4页

采用石墨填充碳/酚醛模压复合材料技术成形导轨面材料,通过试验,研究和分析了材料各组分对材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,在石墨含量为10%,碳纤维含量为30%时,石墨、碳纤维填充酚醛树脂复合材料的摩擦磨损性能、烧蚀性能较好,... 采用石墨填充碳/酚醛模压复合材料技术成形导轨面材料,通过试验,研究和分析了材料各组分对材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,在石墨含量为10%,碳纤维含量为30%时,石墨、碳纤维填充酚醛树脂复合材料的摩擦磨损性能、烧蚀性能较好,且摩擦系数低,适于用作导轨表面材料。 展开更多

关键词 发射箱导轨 石墨填充 碳/酚醛复合材料 模压

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碳纳米管对酚醛树脂基复合材料性能的影响 被引量：1

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作者 孔国强 安振河 +6 位作者 赵寰 于秋兵 邵蒙 李莹 魏化震 王康 刘文博 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1547-1554,共8页

为制备具有隔热、耐烧蚀、电磁屏蔽等多功能集成的结构复合材料,满足武器装备对多功能复合材料的迫切需求,采用超声波分散的工艺将碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)在树脂基体中进行分散,并制备CNTs改性国产碳布/酚醛复合材料。经对CNT... 为制备具有隔热、耐烧蚀、电磁屏蔽等多功能集成的结构复合材料,满足武器装备对多功能复合材料的迫切需求,采用超声波分散的工艺将碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)在树脂基体中进行分散,并制备CNTs改性国产碳布/酚醛复合材料。经对CNTs改性国产碳布/酚醛复合材料的层间性能检测,当CNTs含量达到1.5%时,其层间剪切强度提高57.4%。对CNTs改性定向国产碳纤维/酚醛树脂复合材料的弯曲性能、层间性能和抗冲击性能都进行检测。检测结果表明,经CNTs改性后,定向国产碳纤维/酚醛复合材料的力学性能和模量均得到了大幅提高。对CNTs改性短切高强玻璃纤维/酚醛树脂基复合材料的导电性能和导热性能进行了研究。研究结果表明:随着CNTs含量的提高,短切高强玻璃纤维/酚醛树脂基复合材料的电阻率呈数量级速度降低,当CNTs含量达到14%时,复合材料的电阻率由10^(10)Ω·m降低到了10^(-2)Ω·m,复合材料由绝缘体转变为导体;当CNTs含量小于6%时,复合材料的导热系数虽有提高,但与复合材料电性能相比提高幅度不大。 展开更多

关键词 碳纳米管 碳布/酚醛复合材料 碳纤维/酚醛复合材料 导电 隔热

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碳/酚醛复合材料烧蚀行为预报方法 被引量：10

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作者 朱燕伟 孟松鹤 +2 位作者 易法军 赵小光 潘威振 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期984-990,共7页

为研究用于钝头体高超声速飞行器热防护系统的碳/酚醛复合材料在典型服役环境下的烧蚀机制,首先,建立了烧蚀行为的数学模型,模型考虑了材料表面热辐射、固体相的温升吸热、基体热解反应吸热、高温热解气体引射、质量引射引起"热阻... 为研究用于钝头体高超声速飞行器热防护系统的碳/酚醛复合材料在典型服役环境下的烧蚀机制,首先,建立了烧蚀行为的数学模型,模型考虑了材料表面热辐射、固体相的温升吸热、基体热解反应吸热、高温热解气体引射、质量引射引起"热阻塞"效应、热解气体的温升和膨胀吸热等多种能量耗散机制,并利用有限元方法实现了数学模型的求解;然后,预报了在冷壁热流为400kW·m^(-2)、焓值为5MJ·kg^(-1)的气动热环境下碳/酚醛复合材料的烧蚀行为。结果表明:在受热过程中,厚度为20mm的碳/酚醛复合材料碳化层的深度持续增加,100s时的表面温度达到1 420K,背壁温度为346K,热解气体压力达10.3atm,碳化层深度为7.50mm。所得结论可为具有长时间大面积热防护需求的高超声速飞行器的热防护系统设计提供支持。 展开更多

关键词 碳/酚醛复合材料 热防护 多物理场 烧蚀行为 有限元方法

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ZrB_2颗粒改性碳/酚醛复合材料烧蚀隔热性能研究 被引量：2

10

作者 陈亚西 陈平 +3 位作者 喻吉良 洪长青 郭东龙 张宝玺 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期445-448,共4页

采用浆料浸渗法将ZrB2颗粒引入碳/酚醛复合材料,利用氧-乙炔烧蚀试验测试不同ZrB2含量的碳/酚醛复合材料的烧蚀及隔热性能。实验表明,碳/酚醛树脂基复合材料的线烧蚀率随ZrB2含量的增加而减小,在9%时达到最小值0.0052 mm/s。若继续增加Z... 采用浆料浸渗法将ZrB2颗粒引入碳/酚醛复合材料,利用氧-乙炔烧蚀试验测试不同ZrB2含量的碳/酚醛复合材料的烧蚀及隔热性能。实验表明,碳/酚醛树脂基复合材料的线烧蚀率随ZrB2含量的增加而减小,在9%时达到最小值0.0052 mm/s。若继续增加ZrB2的含量,其线烧蚀率反而增加。ZrB2含量为9%时,碳/酚醛树脂基复合材料的隔热性能最优。将ZrB2引入碳/酚醛树脂基复合材料可以改善其烧蚀隔热性能,为碳/酚醛树脂基复合材料的结构及材料组分优化设计提供了重要参考。 展开更多

关键词 碳/酚醛复合材料 氧-乙炔烧蚀 烧蚀隔热性能 ZRB2

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碳/酚醛复合材料体积烧蚀行为的数值模拟 被引量：3

11

作者 张拜 李旭东 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期57-62,共6页

为了准确掌握碳/酚醛防热复合材料的烧蚀特性和烧蚀机理,基于质量和能量守恒、材料热分解以及物性的计算方程,应用数值模拟方法计算了碳/酚醛复合材料的热响应和体积烧蚀行为.计算结果表明：烧蚀过程中碳/酚醛复合材料具有不均匀的温度... 为了准确掌握碳/酚醛防热复合材料的烧蚀特性和烧蚀机理,基于质量和能量守恒、材料热分解以及物性的计算方程,应用数值模拟方法计算了碳/酚醛复合材料的热响应和体积烧蚀行为.计算结果表明：烧蚀过程中碳/酚醛复合材料具有不均匀的温度场分布,在厚度方向上最大温差达到了634 K,并且加热面上基体温度比纤维温度高出了175 K;酚醛基体的平均密度几乎呈线性衰减,40 s时平均密度降低了37.8%;烧蚀过程中酚醛基体具有较大的质量损失,40 s时质量损失了0.31 g,是20 s时的2.4倍. 展开更多

关键词 碳/酚醛复合材料 体积烧蚀 数值模拟 热防护系统 热响应

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表面处理对碳/酚醛材料层间性能影响的研究 被引量：3

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作者 薛宁娟 李飞 +1 位作者 郝志彪 李瑞珍 《纤维复合材料》 CAS 2003年第3期12-14,共3页

本文分别研究了在有氧与无氧状态下表面处理对碳 /酚醛材料界面特性的改善 ,尤其是在高温环境下的变化。通过扫描电镜 (SEM)、电子能谱 (XPS)研究了不同状态处理下的碳布 ,测试了碳 /酚醛复合材料的剪切强度。研究表明 ,在 5 0 0～ 6 0 ... 本文分别研究了在有氧与无氧状态下表面处理对碳 /酚醛材料界面特性的改善 ,尤其是在高温环境下的变化。通过扫描电镜 (SEM)、电子能谱 (XPS)研究了不同状态处理下的碳布 ,测试了碳 /酚醛复合材料的剪切强度。研究表明 ,在 5 0 0～ 6 0 0℃有氧状态下处理的碳 展开更多

关键词 碳/酚醛复合材料 层间性能 表面氧化处理 力学性能 碳布

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改性碳/酚醛防隔热材料研究进展 被引量：4

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作者 严钰轩 李瑞珍 王富强 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期614-622,共9页

碳/酚醛(C/Ph)复合材料因低成本、制备周期短的优点成为航空航天领域应用最广泛的材料之一,对其进行基体改性是提高材料性能的一种有效途径。文章介绍了改性C/Ph防隔热材料的研究现状,主要包括陶瓷颗粒、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯... 碳/酚醛(C/Ph)复合材料因低成本、制备周期短的优点成为航空航天领域应用最广泛的材料之一,对其进行基体改性是提高材料性能的一种有效途径。文章介绍了改性C/Ph防隔热材料的研究现状,主要包括陶瓷颗粒、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、无机元素硼、钼等化学改性的方法以及结构上的改性,如酚醛气凝胶和中低密度碳/酚醛材料等,对比分析了改性对C/Ph复合材料的烧蚀性能、隔热性能及力学性能的影响,探讨了改性C/Ph复合材料烧蚀过程中的机理,梳理了C/Ph复合材料基体改性研究中存在的问题,并提出后续发展建议:深入改性烧蚀机理研究,使材料抗烧蚀性向可调控、精细化、体系化方向发展;解决烧蚀率不易控制的问题;优化抗烧蚀组元设计,提高材料的综合性能。 展开更多

关键词 碳/酚醛复合材料 基体改性 烧蚀性能 隔热性能

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碳/酚醛防热复合材料烧蚀行为的数值模拟 被引量：7

14

作者 张拜 李旭东 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2786-2792,共7页

碳/酚醛复合材料被广泛地应用于钝头体表面,是飞行器优秀的热防护材料。为了准确地预测其烧蚀性能,本文从复合材料的组成物纤维和基体的角度出发,基于能量、质量守恒和热分解方程,考虑了烧蚀过程中材料热属性的非线性变化和烧蚀面的退缩... 碳/酚醛复合材料被广泛地应用于钝头体表面,是飞行器优秀的热防护材料。为了准确地预测其烧蚀性能,本文从复合材料的组成物纤维和基体的角度出发,基于能量、质量守恒和热分解方程,考虑了烧蚀过程中材料热属性的非线性变化和烧蚀面的退缩,分别计算了纤维和基体的烧蚀性能,预测了烧蚀过程中防热复合材料的温度分布、密度变化、质量损失规律及热属性和线烧蚀率等。结果表明:碳/酚醛复合材料的烧蚀是各种因素相互作用、相互影响的高度非线性过程;烧蚀过程中材料结构具有不均匀的温度分布,烧蚀面区域材料密度衰减最大并且材料的质量损失和损失率几乎呈线性增加;纤维和基体的烧蚀行为存在明显差异,分别预测两者的烧蚀性能,可以为热防护材料的设计提供更加准确的参考和依据。 展开更多

关键词 碳/酚醛复合材料 热防护 烧蚀行为 数值模拟 温度分布

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无机粒子改性碳/酚醛树脂基复合材料抗烧蚀性能研究进展 被引量：5

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作者 王彬 田可旺 +2 位作者 刘婷 孙胃涛 陈永彬 《塑料科技》 CAS 北大核心 2022年第4期108-111,共4页

无机粒子添加改性,是提升碳/酚醛复合材料抗烧蚀性能的有效途径之一。文章综述近些年无机粒子添加对碳/酚醛复合材料,抗烧蚀性能影响的研究进展,分类总结无机粒子添加对复合材料抗烧蚀行为改善的机理。指出为进一步提高无机粒子改性碳/... 无机粒子添加改性,是提升碳/酚醛复合材料抗烧蚀性能的有效途径之一。文章综述近些年无机粒子添加对碳/酚醛复合材料,抗烧蚀性能影响的研究进展,分类总结无机粒子添加对复合材料抗烧蚀行为改善的机理。指出为进一步提高无机粒子改性碳/酚醛复合材料的抗烧蚀性能,需要结合烧蚀条件,基于无机粒子不同改性作用机制,向异质粒子复合添加、多机制协同改性转变,为无机粒子改性碳/酚醛复合材料向成熟的工程化应用提供思路。 展开更多

关键词 无机粒子 碳/酚醛复合材料 抗烧蚀性能

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防热复合材料发展与展望 被引量：53

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作者 李仲平 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期1-9,共9页

以烧蚀型防热复合材料、非(微)烧蚀型防热复合材料、高温高效隔热复合材料以及高温透波复合材料为重点,简要总结了国内外防热复合材料发展现状,介绍了我国重点领域的突破与进展,并展望了未来防热复合材料的发展趋势。

关键词 防热复合材料 碳/酚醛复合材料 碳/碳复合材料 高温高效隔热复合材料 高温透波复合材料

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