轻质高强隔热复合材料制备及隔热性能研究

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1、分类号：密级）ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文轻质高强隔热复合材料制备及隔热性能研究硕士研究生：张宁指导教师：乔英杰教授学科、专业：材料科学与工程论文主审人：张晓红副教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：（宋体小四号）UDC：编号：工学硕士学位论文轻质高强隔热复合材料制备及隔热性能研究硕士研究生：张宁指导教师：乔英杰教授学位级别：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月2日论文答辩日期：2018年3月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学Classi

2、fiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngThePreparationandthermalinsulationpropertystudyofalightweighthigh-strengthcompositeCandidate:ZhangNingSupervisor:Prof.QiaoYingjieAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmissi

3、on:Jan.2,2017DateofOralExamination:Mar10,2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要随着航天工业的发展对轻质隔热材料的要求越来越高，传统发泡型隔热材料的结构强度不足，需要开发一种轻质材料填充的高强隔热复合材料。然而轻质填料的填充工艺要求低粘度的树脂基体，因此需要对树脂进行低粘度改性。通过在材料内掺入大量闭孔的轻质填料，实现轻质、高强、隔热一体化材料的制备，以满足航天工业对轻量化高强度隔热材料的需求。本文用三种活性稀释剂对环氧树脂进行低粘度改性，以两种固化剂组成

4、复配固化体系，研究了活性稀释剂对低粘度树脂体系粘度的影响规律，分析了活性稀释剂对树脂浇注体压缩性能的影响，优化出最佳低粘度树脂体系。在优化体系的基础上加入轻质中空微珠以降低复合材料的密度与热导率，研究中空微珠对复合材料密度、力学性能、隔热性能的影响，与传热模型对材料热导率理论计算值进行了对比分析，在此基础上初步探讨了轻质隔热复合材料的隔热机制。研究显示，三种活性稀释剂对环氧树脂粘度降低的有效掺量区间在15%以内。本文得到的优化低粘度树脂体系为苄基缩水甘油醚稀释剂掺量为10%的低粘度树脂体系。该体系常温下粘度为2840mPa·s，降粘效果理想，其

5、树脂浇注体的压缩强度为105.7MPa，压缩模量为2.649GPa。以中空微珠为轻质填料制备的轻质隔热复合材料，当中空微珠的体积分数低于30%时，材料的压缩断裂形式为45°断裂，材料的主要承载结构为低粘度树脂基体，高于30%时，断裂形式为层状破坏，主要承载结构为中空微珠。在中空微珠体积分数为30%时综合性能最佳，材料密度为0.91g/cm3，压缩强度为83.8MPa，压缩模量为2.29Gpa，热导率为0.1676W/m·K。材料导热并联模型及Maxwell-Eucken模型计算的该材料热导率与实测值偏差均在5%以内。本文研究的轻质隔热复合材料的

6、导热机制主要为材料的固体及中空微珠内气体的热传导，中空微珠内的气体对流及材料的热辐射对该隔热材料热传导的贡献可忽略。关键词：低粘度树脂；中空微珠；压缩损伤；隔热材料AbstractWiththedevelopmentofaerospaceindustry,therequirementsforlightweightthermalinsulationmaterialsaregettinghigherandhigher,andthestructuralstrengthoftraditionalfoamthermalinsulationmaterial

7、sisinsufficient.Therefore,itisnecessarytodevelopahigh-strengththermalinsulationcompositematerialfilledwithlightmaterials.However,thefillingprocessoflightweightfillersrequiresaresinmatrixwithalowviscosity,andthereforealowviscositymodificationoftheresinisrequired.Byincorporati

8、ngalargeamountofclosed-celllightweightfillerinthematerial,lightweight,high-