材料中广泛使用的材料之一,主要用在如喷管扩张段一类受热流强度较低的部件上;又因其价格低廉,甚至在美国航天飞机助推器的喷管喉衬上也使用碳/酚醛材料。国外典型的碳/酚醛材料有FM5055、MX4957A等牌号,所用酚醛树脂多以Ba(OH2、NH4OH等为催化剂合成。酚醛树酯虽耐烧蚀性优良,但重现性不好,烧蚀可预示性差[1,16]。酚醛树脂典型的改性途径有共聚改性,包括引进氰基、硼元素、芳环有机硅,以及采用二苯醚甲醛树脂、芳烷基甲醛树脂改性等;如氰基酚醛树脂的热氧化稳定性明显提高,分解温度达440℃,1000℃下的产炭率达68%~70%。为了使酚醛树酯获得更高性能,我国广大科技工作者在酚醛树脂改性方面做了大量的研究工作,相继开发了硼酚醛、钼酚醛、高成碳酚醛等新型酚醛树脂。聚芳基乙炔(PAA是一种最有可能取代酚醛树脂作为烧蚀防热材料基体的树脂。它是一种仅含碳元素和氢元素的高度交联的芳族亚苯基聚合物,由二乙炔基苯和苯乙炔聚合而成。理论成炭率高达90%;聚合时无低分子副产物逸出;树脂吸水率极低,仅为0.1%~0.2%,远远低于酚醛树脂的5%~10%。PAA最主要的优点是玻璃化温度极高,烧蚀重现性好,高温力学性能保持率高。美国宇航公司用T300和PAA制作的复合材料试件。室温下层间拉伸强度为5.3MPa,400℃时降为1.4MPa;标准碳/酚醛(FM5055制作的室温层间拉伸强度仅为4.2MPa;260e时已下降到0.3MPa[1]。我国华东理工大学已能制备出应用于航天领域的耐烧蚀PAA树脂,树脂成碳率达85%。航天四院43所进行了聚芳基乙炔树脂成碳率、复合工艺性能、力学性能等方面的探索性研究,试验表明,碳/聚芳基乙炔复合材料成碳率、耐烧蚀性能远远优于迄今已应用的碳/酚醛复合材料。目前存在的主要问题是PAA的多苯环结构所引起基体性脆以及PAA与碳布浸润性差带来的复合材料层间力学性能不佳。
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