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1、第28卷第2期南京航空航天大学学报Vol.28No.219964月JournalofNaningUniversityofAeronautiessr.1996年j&AtronatitlCSAP烧蚀材料与耐烧蚀酚醛树脂郑顺兴,(南京航空航天大学材料科学与工程系南京21。。16)摘要综述,。了烧蚀材料的概况介绍了航天飞行器和固体火箭发动机采用的三种隔热方法烧蚀,.法是最广泛应用的一种方法纤维增强塑料作为烧蚀材料在吸热效果上具有显著的优越性文中对烧蚀材料的类,。型使用原则和评价方法作了说明对烧蚀材料中的高聚物的烧蚀性能作了对,:。比结果表
2、明酚醛树脂具有较好的综合烧蚀性能对检索到的烧蚀酚醛树脂的文献作了分类和简要介,。绍说明了烧蚀用高聚物的发展方向及作者本人在烧蚀酚醛树脂方面的进展关键:;酚醛树脂;聚合物;;词烧蚀材料纤维增强塑料成碳率:;;中图分类号TB322TB324TB391烧蚀材料的概况、、飞船“。当航天飞行器(导弹火箭等)以高超音速冲出大气和返回地面时(即再人,’)在,,气动加热下其表面温度可达100一500℃;固体火箭发动机工作时燃烧室压强可达,,。20。个大气压产生近400℃的高温燃气在喷喉处的流速达1马赫数这些典型的高热环,。境都需要采用相应的防护措
3、施以保证飞行器的正常飞行热防护方法及其特点,:。,对于上述的苛刻环境采用的热防护方法有以下三种(1)吸热法该法采用比热大导,、,,,热性好的金属如铜铰及其合金但这类材料过去用在导弹弹头上因高温下易熔融变形,。(2)辐射型防热法。,性能不好现已淘汰该法是以高辐射和低吸收为特征在高热流的情况,。。,下应用受到限制(3)烧蚀法该法是以损耗材料自身来吸收大量的热量从而阻止热传导到材料的内部结构中去。这是目前应用最广泛的防热方法[l1。,,。烧蚀法和吸热法相比较具有明显的优越性见表1,:。在烧蚀法中表1所列的数据表明纤维增强塑料在吸热效果上
4、具有显著的优越性烧蚀材料目前广泛使用的是以聚合物为基质的复合材料(包括涂料)。这是因为,除上述的吸热,:,,效果外聚合物基材料还具有如下特点聚合物相比于无机物耐热冲击性优良机械强度:1995一10一27;:一一19收稿日期修改稿收到日期199512郑顺兴男,助教,1968年8月生。254南京航空航天大学学报第28卷,,。,,,,高相对密度低隔热性好相应的聚合物基烧蚀材料密度也低导热系数小比热高而且能控制聚合物分解产生的气体产物。12〕表烧蚀法和吸热法比拼cal·k一’冷却方式材料吸热效果/kg(在重返环境中)二氧化硅3300石墨烧
5、蚀法树脂800~1100无机纤维增强塑料700~2800碳纤维增强塑料4000~5000O‘nU铜被0吸热法2烧蚀材料的类型及使用原则,:、、从材料形态上来看烧蚀材料有如下四种类型纤维增强聚合物烧蚀涂料蜂窝夹心结构材料和可剪贴的弹性软片。根据使用场合的不同,分别采用相应材料形态[l]。,:、、。高热环境是多种多样的所用的表征参数为温度压力热流及气动剪切力一般选用密度最低并且能经受所受压力和气动剪切力作用的材料。低密度的材料只适应于低热流和低压进人大气层的飞行器;而对高热流和高气动剪切力作用下的弹体头锥、高超音速反弹道,。导弹的壳体
6、表面以及发射台的导流槽却须采用以热固性树脂作基质的高性能烧蚀材料3烧蚀材料的评价:,评价烧蚀材料应从以下几个方面着手(1)比热大这样在烧蚀热程中可以吸收大量的热量。(2)导热系数小,这样能使成高温的部分仅限于表面,热难以传导到内部结构中去。,,。,(3)密度小在航空航天领域中应最大限度地减少制造材料的总重量(4)烧蚀速度小即材料在高温环境中蚀掉的速度小。另外,作为实际使用的材料,还需要考虑材料的加工工艺性及其总费用。,。对烧蚀材料的进一步评价是进行模拟实验和飞行实验考察在实际环境中的使用效果4烧蚀材料中的高聚物烧,、、蚀材料主要以
7、纤维增强塑料及涂料的形式使用其中使用的聚合物有环氧酚醛有机硅和聚氨酪。聚合物在烧蚀材料制造过程中是用作填料及各种添加剂的粘合剂,但对烧蚀材料的性能却起至关重要的影响[sj。表2对常用高聚物的烧蚀性能作了对比。酚醛树脂的烧蚀性能在常用的高聚物中是较。·。好的表中AR为烧蚀速率:第2期郑顺兴烧蚀材料与耐烧蚀酚醛树脂2552,〕表常用高聚物的烧蚀性甜A.R·。一,“,。。“‘,·s一2““〕聚合物名称/mm几/sAPI/mm聚甲基丙烯酸甲醋0.4611.(938聚四氟乙烯0.5211.乏聚氨醋树脂0.728.018.0酚醛树脂0.113
8、9环氧树脂3611有机硅树脂37钢1010(对照物)0.36石墨(AJT)(对照物)0.010.91::3注(i)试验条件氧乙炔中性火焰温度037℃.·s,.热流624XI护/(澎)样品厚度127mm;(1)。2;120是在上述火焰下样品背面达到0
