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ISSN: 2319 - 9873
+ 44 7456 035580收到日期:02/07/2016;接受日期:20/08/2016;发表日期:27/08/2016
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潘碳织物、酚醛树脂、手糊技术、氧-乙炔火焰
复合材料设计系统由两个或两个以上不同的组件结合在设计中给予免费性质的复合产品(1]。酚醛复合材料常用的高温环境中,无论他们可以应用于高温环境保护(2]。这些关键的应用程序通常需要大量的开发和测试。
碳酚醛复合材料的一个最独特的碳基复合材料的特点是能够承受极高温度相对较长的一段时间。选择酚醛树脂作为树脂热应用的首选,因为他们的高碳产量与有机树脂系统(2,3]。人造丝等碳化,聚丙烯腈(PAN) prepegs是由这些组件可以热转化成碳酚醛复合根据过程。
一般再入飞行器结构在航空航天是由碳碳酚醛环氧树脂(CE)和外壳(CP)。CE壳承受结构完整性和CP壳承受很高的热应用程序(4,5]。酚醛复合材料质量提供了能力提供热保护,轻质成分。酚醛树脂可以与站高温短时间(5]。
本研究的主要目的是开发基于锅/酚醛复合材料,研究机械性能和过渡或后壁温度以及烧蚀性能(6]。这个过程包括锅织物浸渍酚醛树脂,和分层准备用手上篮过程。分层是治愈在高压蒸汽温度、压力和真空。测试样品准备按ASTM标准测试机械性能。
选择的材料
以下为本研究选择材料。在目前的工作,基于酚醛复合材料的机械和热特征属性与二硼化锆和碳化硅填料和碳强化学习(表1)。
| Sl。 | 原材料 | 年级 |
|---|---|---|
| 一个 | 强化 | PAN碳纤维t - 300 |
| B | 酚醛树脂 | ABRON-PR 100 (WS) |
| C | 填料的素材 | 碳化硅粉 |
| D | 填料material-II | 二硼化锆 |
表1:原材料的细节。
碳布
保利Acrylo腈(PAN)基于碳纤维及其复合材料,尤其是那些与聚合物矩阵,已成为占主导地位的先进复合板牙请愿为航空航天应用由于其高的比强度,刚度和低体重。潘碳面料很贵,是无定形材料的烧蚀的目的和有着巨大的应用在航空航天工业,因此它被选中。
酚醛树脂
酚醛树脂是传统的矩阵材料用于航空航天应用耐高温。酚醛树脂是最古老的合成聚合物使用商用ABRON-PR100 (WS)酚醛树脂,以满足要求低烟和毒性2,4,5]。因此它被选中。
填料的素材
一般填料的矩阵产生增加负载承受能力,降低摩擦系数,提高耐磨性和热性能的改善。碳化硅(SiC)的220网格填充材料增加强化的属性。SiC填料是0.5微米的平均粒径。碳化硅颗粒可以粘合在一起很难烧结形成陶瓷,广泛应用于航空航天应用。因此它被选中。
填料material-II
二硼化锆(Zrb2)是一个高度共价六角晶体结构的耐火陶瓷材料。二硼化锆的平均粒径在1.5微米。二硼化锆是一种超高温陶瓷具有高熔点随其相对较低的密度和良好的高温强度在航空航天应用中使用。因此它被选中。
在本实验研究中,以下类型的复合材料被认为是,有(一个)层压板1是碳化酚醛没有填充隔热板(b) 2层碳化酚醛20% SiC填充隔热板(c)层3是碳化酚醛zrb2-sic填料15%隔热板。
层压板的准备
潘碳织物平面波bi-woven被用作纤维增强。酚醛树脂与规范提到上面是用作基质材料。复合层压板被使用手上篮技术准备。一个模具可以用于这一过程。模具表面是清洁和一些解决方案如丙酮和像蜡剂。应用凡士林层压板的模具。碳织物增强材料波bi-woven潘切成所需大小(250 x 250 x 3毫米),放在模具的平面上。酚醛树脂是用锅碳织物材料按重量比例混合不同纤维体积分数分布均匀强化纤维表面。树脂是由辊挤压表面均匀和压缩盘碳织物彻底的帮助下辊。加强分层是叠在另一片之上所需厚度的层压板。 The laminates are cured in autoclave by a cure cycle of Temperature Vs Time under vacuum and pressure.
指定的层压制品
1型层压板
碳化酚醛没有填充隔热板指定为L1
2型层压板
碳化酚醛SiC 20%隔热板填充指定为L2
3型层压板
碳化酚醛Zrb2-Sic 15%隔热板填充指定为L3
制备试样
高压釜的分层,将切成所需尺寸按标准机械测试和其他复合材料对氧乙炔测试减少瓷砖锯。两个样本在每个类别有或没有填充物。J型热电偶(Fe-Cu)保税中心的帮助下从后面试样表面的高温胶粘剂cerma债券和受到氧-乙炔火焰测试。
测试方法
机械性能包括挠曲强度的测定和国米层流剪切强度(测试)。
抗拉强度是在平面上执行。长250毫米宽的测试标本有维度25毫米,厚度3.0毫米。这些标本进行测试下万能试验机(UTM)英斯特朗)(按ASTM D3039测试标准。
弯曲和国米层流的力量
短梁剪切(SBS)测试进行准备的复合材料在室温下对挠曲强度的价值进行评估。弯曲强度进行了按ASTM D790。每个试样的尺寸是130毫米长25毫米宽、3.0毫米厚度所示图1。相同的计算测试样本测试国米层流剪切强度按ASTM规范D2344见测试方法图2。
图1:抗弯强度试样。
图2:测试标本。
任何复合试样的抗弯强度是由下列等式一”
在哪里
压力在外层纤维中期(Mpa), P最大负载(N)、L-Span标本(mm)的长度,b-Width的标本(毫米),h-Thickness的标本(mm)。
测试的计算是通过以下方程2”
测试= 3 f / 4 bt
,测试国际米兰层流剪切强度(MPa), F最大负载(N)、b - width的标本(毫米),t标本(mm)的厚度。
在氧乙炔试验台测试的标本
氧乙炔测试床(OTB)是一个小规模实验装置研究后壁的温度测试分层说。氧-乙炔火焰能够产生一个火焰温度高达3000°C使用校准氧乙炔焊炬。这种类型的实验装置是用来测试复合材料以相对较低的成本,同时模拟极端条件下实时应用程序(4,5]。OTB设置包含一个数据采集系统原位测量试样的温度使用嵌入式J类型(Fe-Cu)热电偶。测试样本的4 * 4的夹具上,和氧炔举行火炬在预定的距离(d = 30厘米)在层压前集中在中心所示图3。火炬点燃,样本被曝光超过1分钟和后壁温度分层表示引用数据记录(图4和图5)。
图3:热电偶焊接
图4:强化修复。
图5:氧-乙炔测试。
机械试验的实验测试结果示例如下(表2)。氧-乙炔测试结果显示后壁温度如下(表3)。
| Sl.No | 层压制品 | 抗拉强度MPa | 拉伸模量平均绩点 | %的伸长 | 挠曲强度MPa | 弯曲模量平均绩点 | 测试MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | L1 | 348.49 | 86.43 | 2.80% | 393.14 | 58.69 | 21.45 |
| 2 | L2 | 231.22 | 63.71 | 2.39% | 236.86 | 40.91 | 13.50 |
| 3 | L3 | 408.6 | 94.35 | 2.25% | 416.37 | 60.28 | 23.44 |
表2:机械性能。
| Sl.No | 时间以秒为单位 | 1层 | 2层 | 3层 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 15 | 34 | 52 | 45 |
| 2 | 30. | 57 | 88年 | 80年 |
| 3 | 45 | 118年 | 96年 | 94年 |
| 4 | 60 | 192年 | One hundred. | 98年 |
表3:后壁温度的结果。
层压制品的力学性能表现出增强的挠曲强度和测试L3测试样本。e碳酚醛层压板15% zrb2-sic填料与其他层压制品相比,由于良好的填料之间的兼容性和层压板。高拉伸强度达到层压板L3层压板和温和属性实现L1。L2层较低的属性相比,大三由于晶粒尺寸导致内部断裂的层压板。有温度的突然连累在第二和第三阶段间隔50%温度增量已经记录在层压板L1。而层压板L3和80°C的温度至少30秒。层压板L2一刀温和的温度记录在30秒88°C。在总体时间间隔60秒消融高和极端层压板L1记录温度为192°C 60秒。得出实验结果显示了与Zrb2-Sic L3层(15%)填料表明改进的性能在拉伸等力学性能,弯曲测试和氧-乙炔火焰测试显示了更少的后壁温度60秒90°C比较192°C,分别于层压板L1和L2 100°C。因此,基于锅碳/酚醛复合材料与Zrb2-Sic填料展品热保护电阻比没有填充的碳/酚醛层压板。