隨著近年來火箭和航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對復(fù)合材料耐高溫性能的要求也隨之提高。酚醛樹脂(PF)因其具有優(yōu)異的耐高溫性能和成熟的制備工藝,得到了社會各界的廣泛關(guān)注。但是,PF的熱穩(wěn)定性、工藝性能還是難以滿足目前航空航天領(lǐng)域?qū)δ蜔g材料提出的需求。為了進(jìn)一步改善燒蝕材料的性能,必須對PF進(jìn)行改性。本文利用石墨烯雜化材料對PF進(jìn)行改性,首先以氧化石墨烯(GO)與納米二氧化硅(Nano-SiO_2)為原料,采用靜電自組裝技術(shù)制備石墨烯雜化材料(SiO_2-GO),后經(jīng)硼氫化鈉(NaBH_4)化學(xué)還原制備SiO_2-RGO雜化材料,最后,利用一定工藝將石墨烯雜化材料分散于PF中,制備出高耐熱、強(qiáng)韌性改性PF,達(dá)到提高PF復(fù)合材料燒蝕性能的目的。本論文首先研究了石墨烯雜化材料制備方法對PF耐熱性能影響,分別采用原位聚合法、后加法、物理共混法、冷凍干燥法、靜電自組裝工藝方法制備SiO_2-GO雜化材料。采用SEM、TEM、FTIR和Zeta電位等表征手法分析雜化材料的微觀形貌和結(jié)構(gòu)。靜電吸附方法得到的雜化材料綜合效果優(yōu)于其他工藝。利用不同納米材料SiO_2-GO、Nano-SiO_2、GO改性PF。采用TGA/DSC分析雜化材料對PF耐熱性的影響。結(jié)果顯示,PF中摻加SiO_2-GO雜化材料能較好地提高基體的耐熱性,比單純摻加GO或者納米SiO_2具有明顯的優(yōu)勢。Nano-SiO_2顆粒與GO發(fā)揮協(xié)同效應(yīng),SiO_2對于熱量具有一定的阻隔作用,在GO作用下能夠較均勻的分散在基體中,而且吸收的熱量能夠通過GO片層傳導(dǎo)消散,有效地緩解樹脂受熱分解過程。當(dāng)摻量為2 wt.%時,SiO_2-GO/PF質(zhì)量損失為5%的初始分解溫度(T_(5%))為375.68℃,比純PF樹脂的分解溫度310.29℃提高了65.39℃;質(zhì)量損失為10%的分解溫度(T_(10%))為469.70℃,比純PF樹脂的分解溫度407.47℃提高了62.23℃;最大分解溫度(T_(dmax))為552.82℃,比純PF樹脂的最大分解溫度529.65℃提高了23.17℃,在800℃的熱殘留率(R_(800℃))比純PF(R_(800℃)=64.78%)提高了4.6%。研究了改性PF固化后的化學(xué)結(jié)構(gòu),FTIR結(jié)果表明,與純PF相比,加入雜化材料可提高PF的固化交聯(lián)密度,并且少量的雜化材料能夠比較均勻的分布于PF基體中。SiO_2-GO雜化材料經(jīng)NaBH_4化學(xué)還原制備了SiO_2-RGO雜化材料,探究還原后的雜化材料對PF耐熱性能的影響。TGA/DSC數(shù)據(jù)表明,與純PF相比,添加1wt.%SiO_2-RGO改性PF的T_(5%)提高了115.05℃,T_(10%)提高了76.90℃,T_(dmax)提高了25.15℃;R_(800℃)提高了6.54%。這表明少量SiO_2-RGO雜化材料可以顯著提高PF的熱穩(wěn)定性,降低了工業(yè)化成本。經(jīng)過化學(xué)還原后,GO的環(huán)氧官能團(tuán)的數(shù)量大幅度降低,耐熱性提高。以高硅氧布(VSF)作為增強(qiáng)材料,改性PF作為基體材料,制備了VSF/SiO_2-RGO/PF復(fù)合材料,探究了雜化材料的加入對復(fù)合材料燒蝕性能的影響。氧-乙炔燒蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在PF中加入少量的SiO_2-RGO雜化材料有助于提高VSF/SiO_2-RGO/PR復(fù)合材料的耐燒蝕能力,質(zhì)量燒蝕率小于0.17 g/s,線燒蝕小于0.10 mm/s。VSF/SiO_2-RGO/PR復(fù)合材料在模壓機(jī)一定壓力作用下,PF膠液中的SiO_2-RGO雜化材料會滲入VSF層間,從而使復(fù)合材料變得致密,有利于改善復(fù)合材料整體力學(xué)性能和耐燒蝕能力。
【學(xué)位單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB332
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 改性酚醛樹脂簡介
    1.3 改性酚醛樹脂的研究進(jìn)展
        1.3.1 共混高分子聚合物改性酚醛樹脂
        1.3.2 熱塑性樹脂改性酚醛樹脂
        1.3.3 碳納米管改性酚醛樹脂
2改性酚醛樹脂'>        1.3.4 Nano-SiO₂改性酚醛樹脂
        1.3.5 石墨烯改性酚醛樹脂
    1.4 論文研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)
        1.4.1 研究意義與內(nèi)容
        1.4.2 創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與研究方法
    2.1 原料與儀器
    2.2 實(shí)驗(yàn)與研究方法
        2.2.1 GO的制備
2的制備'>        2.2.2 Nano-SiO₂的制備
2-GO雜化材料的制備'>        2.2.3 SiO₂-GO雜化材料的制備
2-RGO雜化材料的制備'>        2.2.4 SiO₂-RGO雜化材料的制備
        2.2.5 石墨烯雜化材料改性酚醛樹脂的制備
2-RGO/PF復(fù)合材料的制備'>        2.2.6 VSF/SiO₂-RGO/PF復(fù)合材料的制備
    2.3 表征與測試
第三章 石墨烯雜化材料的表征
2-GO雜化材料的表征'>    3.1 SiO₂-GO雜化材料的表征
2-RGO雜化材料的表征'>    3.2 SiO₂-RGO雜化材料的表征
    3.3 本章小結(jié)
2-GO雜化材料改性酚醛樹脂'>第四章 SiO₂-GO雜化材料改性酚醛樹脂
    4.1 不同的納米材料對酚醛樹脂熱穩(wěn)定性的影響
    4.2 雜化材料制備方法對酚醛樹脂熱穩(wěn)定性的影響
2-GO雜化材料添加量對酚醛樹脂熱穩(wěn)定性的影響'>    4.3 SiO₂-GO雜化材料添加量對酚醛樹脂熱穩(wěn)定性的影響
2的比例對酚醛樹脂熱性能的影響'>    4.4 雜化材料中GO與SiO₂的比例對酚醛樹脂熱性能的影響
    4.5 小結(jié)
2-RGO雜化材料改性酚醛樹脂'>第五章 SiO₂-RGO雜化材料改性酚醛樹脂
2-RGO改性酚醛樹脂熱性能'>    5.1 SiO₂-RGO改性酚醛樹脂熱性能
2-RGO改性酚醛樹脂固化物結(jié)構(gòu)'>    5.2 SiO₂-RGO改性酚醛樹脂固化物結(jié)構(gòu)
2-RGO雜化材料改性機(jī)理研究'>    5.3 SiO₂-RGO雜化材料改性機(jī)理研究
    5.4 小結(jié)
2-RGO/PF）復(fù)合材料的性能'>第六章 高硅氧玻璃纖維（VSF/SiO₂-RGO/PF）復(fù)合材料的性能
2-RGO/PF復(fù)合材料工藝流程'>    6.1 VSF/SiO₂-RGO/PF復(fù)合材料工藝流程
2-RGO/PF復(fù)合材料的性能'>    6.2 VSF/SiO₂-RGO/PF復(fù)合材料的性能
    6.3 小結(jié)
第七章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2830698