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由于碳/酚醛復(fù)合材料具有生產(chǎn)周期短、 制造成低、 性能適中等特點(diǎn)，是目 前固體發(fā)動機(jī)噴管燒蝕防熱材料中廣泛使用的材料之一， 主要用在如噴管擴(kuò)張段一類受熱流強(qiáng)度較低的部件上； 又因其價(jià)格低廉， 甚至在美國航天飛機(jī)助推器的噴管喉襯上也使用碳/酚醛材料。 國外典型的碳/酚醛材料有 FM5055、 MX4957A 等牌號， 所用酚醛樹脂多以 Ba(OH)2、 NH4OH 等為催化劑合成。 酚醛樹酯雖耐燒蝕性優(yōu)良， 但重現(xiàn)性不好， 燒蝕可預(yù)示性差。[6]為了達(dá)到更好的性能和適用性，目 前又提出了對酚醛樹脂的改性和替代材料的試驗(yàn)性研究兩個(gè)途徑。
表1列出了常用喉襯 美國宇航公司用 T300 和 PAA 制作的復(fù)合材料試件。 室溫下層間拉伸強(qiáng)度為 5.3MPa， 400℃時(shí)降為 1.4MPa； 標(biāo)準(zhǔn)碳/酚醛(FM5055)制作的室溫層間拉伸強(qiáng)度僅為 4.2MPa； 260e 時(shí)已下降到 0.3MPa。 我國華東理工大學(xué)已能制備出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的耐燒蝕 PAA 樹脂， 樹脂成碳率達(dá) 85%。 航天四院 43 所進(jìn)行了聚芳基乙炔樹脂成碳率、 復(fù)合工藝性能、 力學(xué)性能等方面的探索性研究， 試驗(yàn)表明， 碳/聚芳基乙炔復(fù)合材料成碳率、 耐燒蝕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于迄今已應(yīng)用的碳/酚醛復(fù)合材料。 目 前存在的主要問題是 PAA 的多苯環(huán)結(jié)構(gòu)所引起基體性脆以及 PAA 與碳布浸潤性差帶來的復(fù)合材料層間力學(xué)性能不佳。材料的性能參數(shù)， 對比可知， C／ C復(fù)合材料乃首選。 鎢滲銅(銀)是利用高溫下銅或銀發(fā)汗冷卻的效果， 把鎢的抗燒蝕性能提高到一個(gè)新的水平。 鎢滲銅可在總溫高達(dá)3590℃的兩相流中長期工作， 不過， 其機(jī)械強(qiáng)度會隨著溫度的升高而逐步下降。 此外，還有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是密度大，使其在大型發(fā)動機(jī)的應(yīng)用受到限制；二是導(dǎo)熱系數(shù)大， 容易產(chǎn)生A10沉積， 尤其是對小發(fā)動機(jī)噴管。 C／C復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)較低， 用它作為喉襯， 不像鎢滲銅喉襯那樣容易形成厚的A1O沉積層， 具有沉積小、 效率高的優(yōu)點(diǎn)。 與石墨的性質(zhì)相似， C／ C復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度隨溫度的升高而升高， 當(dāng)溫度升到1930℃～ 2480℃時(shí)， 其強(qiáng)度最高。
石墨材料由于抗熱震性能差， 通常只用在工作時(shí)間較短的中小型發(fā)動機(jī)上， C／ C復(fù)合材料則無此之憂。[5、 7]表一碳碳復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能,是迄今為止用于固體火箭發(fā)動機(jī)噴管的最理想的燒蝕結(jié)構(gòu)材料。 國內(nèi)外管用樹脂基防熱材料的發(fā)展經(jīng)歷大致相同， 從玻璃/酚醛、 高硅氧/酚醛碳/酚醛、 碳/聚芳基乙炔， 從單功能到多功能、 低性能到高性能， 樹脂體系經(jīng)歷了從酚醛樹脂、 改性酚醛樹脂到高性能樹脂。目 前對聚苯并咪唑、 聚喹口惡啉、 聚苯并唑、 聚苯并噻唑、 聚芳基乙炔等高性能樹脂的應(yīng)用研究已成為熱點(diǎn),是樹脂基防熱材料發(fā)展的方向。
酚醛樹脂典型的改性途徑有共聚改性， 包括引進(jìn)氰基、 硼元素、芳環(huán)有機(jī)硅， 以及采用二醚甲醛樹脂、 芳烷基甲醛樹脂改性等； 如氰基酚醛樹脂的熱氧化穩(wěn)定性明顯提高，分解溫度達(dá) 440℃，1000℃下的產(chǎn)炭率達(dá) 68%~70%。 為了使酚醛樹酯獲得更高性能， 我國廣大科技工作者在酚醛樹脂改性方面做了大量的研究工作，相繼開發(fā)了硼酚醛、 鉬酚醛、 高成碳酚醛等新型酚醛樹脂。[3]聚芳基乙炔(PAA)是一種最有可能取代酚醛樹脂作為燒蝕防熱材料基體的樹脂。
它是一種僅含碳元素和氫元素的高度交聯(lián)的芳族亞苯基聚合物，由二乙炔基苯和苯乙炔聚合而成。理論成炭率高達(dá) 90%；聚合時(shí)無低分子副產(chǎn)物逸出； 樹脂吸水率極低， 僅為 0.1%~0.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于酚醛樹脂的 5%~10%。PAA 最主要的優(yōu)點(diǎn)是玻璃化溫度極高， 燒蝕重現(xiàn)性好， 高溫力學(xué)性能保持率高。
