光功能复合材料.ppt

功 能 复 合 材 料 北航材料学院 概 述 二. 烧蚀防热复合材料 提纲 分类与其特点 防热材料特性要求 树脂基防热复合材料 碳/碳防热复合材料 陶瓷基防热复合材料 6. 防热复合材料的发展 4. 碳/碳防热复合材料 5. 陶瓷基防热复合材料 6. 防热复合材料的发展 碳基防热抗烧蚀复合材料 C/C 复合材料具有优异的综合性能，是迄今为止用于固体火箭发动机喷管的最理想的烧蚀结构材料，但其过长的工艺周期、过高的制造成本在一定程度上限制了它的应用。C/C 复合材料的改进方向主要围绕着提高性能和降低成本而展开。在提高性能方面，近年来提出的一项重要途径是应用难熔碳化物涂层来提高C/C 复合材料的抗氧化能力、降低烧蚀率、承受更高的燃气温度或更长的工作时间。所用的难熔碳化物有碳化硅(SiC)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)、碳化锆(ZrC)等。 ①研究防热复合材料在超高温、超高速气流、超高速粒子流及高过载等复杂环境下的热烧蚀机理。 ②绝热及结构一体化设计，使复合材料具有双重功能。 ③使用纳米技术对树脂基体进行改良，使复合材料更具有抗烧蚀性能。 ④发展性能测试技术，建立烧蚀实验和地面模拟设备，使材料的烧蚀特性能够精确测量。 ⑤开发材料成型技术，并以工程设计来提高复合材料的抗烧蚀性能。 三. 热适应复合材料 四. 阻燃复合材料 1）注重安全性 2）注重功能复合性 3）注重技术创新性 4）注重研究系统性 （1）填料含量的影响 （2）填料结构形态的影响 用于封装材料、导电框架、半导体支撑板等方面的电子材料，不仅需要有较高的导热能力，还需要有较低的热膨胀系数（CTE）。 2. 可控热膨胀系数复合材料 另外在卫星等空间设备上，由于太空的环境温度变化很大，要求用热膨胀系数近于零的复合材料来制造尺寸稳定的结构，如卫星照像装置支撑结构等。 应用需求 二，可能过混杂复合材料的热膨胀混杂效应可用来制造低膨胀系数构件。 如：炭纤维、Kevlar纤维等沿纤维轴向具有负的热膨胀系数，如与具有正的热膨胀系数的纤维混杂，可得到预定热膨胀系数的复合材料，甚至为“零膨胀系数”材料。 一，利用Cu、Al等金属(合金)的高导热性和Al2O3、SiC、AlN、FeNi、W、Mo等材料的低膨胀性，采用各种复合工艺，来制造既有高导热性，又有低膨胀性的复合材料。 解决措施 聚合物基复合材料中树脂的含量超过50wt%时，一旦暴露于着火环境，就会产生火灾安全问题。就典型的受限空间的火灾来说，聚合物基复合材料引起的火灾安全问题主要包括如下几个方面： （1）聚合物受热熔融、分解放出可燃气体及其燃烧放出的热量，将促进室内火灾的发展，造成轰燃(flashover) ； （2）聚合物的燃烧产物（如CO，HCl，HBr，HCN等）大部分具有很高的毒性，导致人员窒息； （3）有机树脂会熔融、分解，致使材料的结构强度急剧下降，进而导致构件垮塌； （4）不少复合材料具有很高的热容，在火灾中会贮存大量热能，当火灾以常规方法扑灭之后，这些热量可能会使熄灭的火灾复燃。 应用背景： 材料阻燃性能评价 阻燃方法与阻燃机理 树脂和纤维的阻燃性 4. 阻燃复合材料技术的发展 提纲 1）易点燃程度 2）材料燃烧生烟程度 3）材料燃烧产物 1）阻燃方法（两种） 2）阻燃机理 1）树脂的阻燃性 2）纤维的阻燃性 主要有材料的易点燃程度、自熄时间、火焰蔓延速度、生烟密度和燃烧产物的毒性等几方面。 1. 材料阻燃性能评价 常用的测试方法：垂直燃烧法和氧指数法。 1）易点燃程度 垂直燃烧法：通过测试试样有焰、无焰燃烧持续的时间，被烧毁或损伤的长度，是否熔滴颗粒，燃烧后和冷却时的即时变形和物理强度来描述材料的阻燃性。 氧指数法（LOI)：在氧氮混合气流中刚好能保持燃烧状态所需的最低氧浓度，以氧的百分数表示，一般LOI值大于27％的物质为阻燃性物质。此方法作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效，可以用来给材料的燃烧难易分级。 垂直燃烧法：可以客观地描述材料的阻燃性，并可以评价材料的最终阻燃性能。 氧指数值法：不足以直接说明该样品阻燃性的好坏，但测得数据准确，重现性好。更适合用于工艺过程实验使用。 2）材料燃烧生烟程度 两种方法比较 烟雾的比光密度法（如ASTM E662），即通过测定所生烟雾对光强度的衰减作用来判断发烟量的多少，比光密度（DS）越大，烟浓度越大； 烟尘的重量测定法（如ASTM D4100），即通过测定材料燃烧发烟前后质量损失和烟尘重量来判断发烟量的多少。 测试方法主要有两种： 主要有： CO2、CO及各种聚合