炭炭复合材料课件3-2.ppt

第3讲 C/C复合材料的致密化技术 第二部分 树脂/沥青浸渍/炭化增密 提纲 1树脂浸渍的特点 2呋喃树脂/浸渍剂性能 及炭化性能 3 树脂浸渍－炭化增密工艺 部分树脂浸渍剂粘度大、难渗透纤维束，部分树脂粘度较低； 炭化收缩率大，热应力大；炭化后开孔率不高，不利于再浸渍； 残炭率不高，且不随炭化压力升高而增加； 树脂炭主要为玻璃炭，难于石墨化，其强度大、硬度大，耐酸能力强； 树脂炭密度低，仅为1.5～1.6g/cm3，而CVI炭及沥青炭密度可达2.0g/cm3以上。 1 树脂浸渍剂的特点 2 呋喃树脂浸渍剂的性能及其炭化特性 呋喃树脂（furan resin）是指分子结构中含有呋喃环 的一类热固性树脂，它是由糠醛本身进行缩聚，或者与其他单体进行共聚而得到的产物。 呋喃树脂耐热性优良，在氮气气氛中经1000℃炭化处理，残碳率分别为56%的聚糠醇和58%的聚糠酮，是较为理想的C/C复合材料基体前驱体。 呋喃树脂结构 图2-61 呋喃树脂的网络联结 呋喃树脂虽然碳的理论含量较低，但由于呋喃环结构较稳定，炭化后残炭率较高。 一般选60℃～70℃作为浸渍温度。 表2-8 呋喃树脂性能参数 名称 元素组成，％ 残炭率 （％） 粘度 （25℃） （Pa·S） 密度 （g/cm3） C H O N S 呋喃树脂 75 8 20 2 2 50～60 1.69 1.21 呋喃树脂性能 图2-62 呋喃树脂热解过程中的TG-DTG曲线 (N2保护，升温速率5℃/min) 呋喃树脂炭化 图2-63呋喃树脂热解过程中的气体逸出曲线 呋喃树脂的炭化（热解）过程 树脂前驱体炭化特点： 若树脂与纤维表面的结合力强，在纤维表面拉应力的作用下，炭结构基面趋向于沿纤维轴向排列，在偏振光显微镜下可观察到基体为光学各向异性。 图2-1 树脂基炭/炭复合材料的偏光显微照片 (基体相对于纤维表面发生了择优取向) 图2-2 纤维/基体作用对树脂基单向炭/炭复合材料收缩和裂纹分布的影响 树脂炭正交偏光结构 呋喃树脂残炭率与炭化压力的关系 表2-9 树脂炭石墨化后结构性能参数 呋喃树脂 1000℃ 2300℃ 2500℃ 2600℃ 2700℃ 石墨化度（％） -48.7 -39.2 -21.3 2.4 7.6 D002（nm） 0.3621 0.3473 0.34586 0.34380 0.34168 Lc（nm） 1.4 3.0 3.1 3.6 5.3 3 树脂浸渍－炭化增密工艺 C/C复合材料的树脂浸渍工艺主要分坯体定型、再增密、最终热处理、机加工等几个工序。 坯体定型有几种方法，可以将毛坯用夹板固定后再浸渍、固化，也可以将炭布或其他类型单层织物先通过胶槽，再按一定取向叠加，然后按一定的时间、温度、压力参数进行模压成型，再循环浸渍增密。