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树脂基烧蚀防热复合材料是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料,具有热导率低、隔热性能好、强度高、耐高温、抗疲劳性好等优点,是航空航天等尖端科技领域不可缺少的先进复合材料。目前制备树脂基烧蚀防热复合材料应用较多的基体为钡酚醛和氨酚醛树脂等,增强材料多为一维或二维纤维或其织物,采用模压、缠绕和铺放等工艺成型。由于酚醛树脂固化反应会释放挥发组分容易使制品产生较多孔隙,且一维材料强度低、易掉渣,二维材料层间性能较低、易分层等,均会影响复合材料烧蚀性能。针对以上问题,本文以固体火箭发动机喷管扩张段烧蚀防热复合材料为应用需求,采用准三维针刺碳布预制体和RTM型酚醛树脂配合压力辅助RTM工艺制备烧蚀防热复合材料,制品性能优异,可应用于航空航天等领域。本文首先研究了RTM型酚醛树脂基体的特性,对酚醛树脂进行了红外表征和分子量分布测试,推测了固化反应机理。对树脂的流变特性、固化动力学进行测试与分析,初步确定了RTM工艺树脂的注射温度和固化制度。制备了RTM型酚醛树脂浇铸体并测试其耐热性能、热稳定性、力学性能和烧蚀性能。同时对预制体特性进行了研究,利用RTM-worx软件模拟了树脂充模过程。然后利用压力辅助RTM成型技术制备正交实验复合材料平板件,测试其孔隙率、层间剪切强度和线烧蚀率。分析、优化成型工艺参数,从而制备出优化平板件并测试其性能验证优化工艺。最后对碳/酚醛喷管扩张段的成型工艺进行了研究,制备了扩张段试验件并对其性能进行测试与分析,并将压力辅助RTM技术应用于管型件的成型。结果表明:RTM型酚醛树脂分子量分布窄,粘度低,固化反应会放出小分子挥发物。动态DSC测试得到固化起始、峰值和终止温度分别为128.2℃、164℃和194℃。浇铸体密度为1.214 g·cm-3,拉伸强度20.2 MPa,Tg为235.5℃,800℃残碳率60%左右,氧-乙炔烧蚀线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.167 mm·s-1和0.0654 g·s-1。说明RTM型酚醛树脂适合作为烧蚀防热复合材料的基体并应用于RTM工艺;树脂充模流动模拟过程证明了压力辅助RTM工艺的优越性和可行性。平板件正交实验优化出压力辅助RTM工艺参数为:纤维体积含量42%、固化压力3 MPa、加压温度85℃。优化平板件的密度为1.361 g·cm-3,孔隙率4.61%,层间剪切强度和压缩强度分别为34.9 MPa和194 MPa,线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.017 mm·s-1和0.0557 g·s-1,热物理性能优异。说明复合材料优化平板件综合性能优异,压力辅助RTM工艺适合制备烧蚀防热复合材料;扩张段表观质量好,孔隙率3.29%,拉伸强度、压缩强度和弯曲强度分别为73.2 MPa、189 MPa和152 MPa,线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.016 mm·s-1和0.0708 g·s-1。说明压力辅助RTM工艺成型的烧蚀防热构件具有优异的抗烧蚀性能和力学性能。