玄武岩纤维增强酚醛树脂复合材料高温热分析研究

【引言】硅质纤维增强酚醛树脂基复合材料烧蚀防热作用机制为熔化－炭化型，其烧蚀过程如下：材料在外部热源（如气动热、火箭发动燃气热流）作用下开始升温，当温度达到酚醛树脂基体热分解温度时，树脂基体将逐渐炭化，释放气体而留下固体碳结构，随着温度的进一步升高，硅质类纤维（如玻璃纤维、高硅氧纤维等）开始熔融并吸热，以玻璃“珠”或“液膜”的形式顺气流方法沿表面流动，同时表面发生汽化和化学反应，在消耗表面物质（烧蚀）的同时，吸收热量。有文献［６］报道Ｃ－ＳｉＯ２类型的复合材料在高温条件下，如前所述会发生熔融、汽化、分解和化学反应等过程而吸收能量，其中ＳｉＯ２的汽化与分解，Ｃ与ＳｉＯ２的化学反应具有较大的吸热效应，从热防护观点来看这是很重要的。因此这些物理、化学过程之间的关系和应当考虑哪些主要化学反应是重点关注的。材料在实际烧蚀过程中通常变化非常激烈，材料表面温度在几秒内急升至２０００Ｋ以上，因此在如此短的时间内很难研究材料的具体变化历程，而热分析技术［７－９］能方便地连续跟踪材料在程序控制温度下热量、质量等参数随温度或时间的变化情况，是揭示材料在高温下变化规律的有力工具。热分析过程中升温速率通常在１～３０Ｋ·ｍｉｎ－１之间，相当于烧蚀过程的“慢镜头”，因此采用热分析技术研究材料的烧蚀机理具有很好的参考价值。本工作对玄武岩纤维增强酚醛树脂复合材料开展高温热分析研究，试图通过热力学计算和反应产物成分分析推断出该类材料在高温下可能发生的吸热反应，同时考察了玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料，并进行了比较分析。