六钛酸钾晶须改性环氧有机硅树脂的抗烧蚀性能

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240528.005

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (5): 30-35.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240528.005

六钛酸钾晶须改性环氧有机硅树脂的抗烧蚀性能

李轩¹, 周德东¹, 何瑜¹, 张立京², 苏菁², 李伟³, 肖魁³, 孟卫钢³

1.四川轻化工大学机械工程学院,自贡643000;
2.西安长峰机电研究所,西安710065;
3.武汉钢铁有限公司,武汉430080

收稿日期:2023-11-07 出版日期:2024-05-28 发布日期:2024-06-17
作者简介:李轩(1982—),男,副教授,博士,主要从事材料成型及表面改性技术方面的研究,biluaner@163.com。
基金资助:
四川省科技计划项目(2023YFG0239);宜宾市科技局项目(2021GY006)

Ablation resistance of potassium hexafluorotitanate whisker-modified epoxy silicone resin

LI Xuan¹, ZHOU Dedong¹, HE Yu¹, ZHANG Lijing², SU Jing², LI Wei³, XIAO Kui³, MENG Weigang³

1. College of Mechanical Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, China;
2. Xi'an Chang-feng Electromechanical Research Institute, Xi'an 710065, China;
3. Wuhan Iron and Steel Co., Ltd., Wuhan 430080, China

Received:2023-11-07 Online:2024-05-28 Published:2024-06-17

摘要/Abstract

摘要： 制备了六钛酸钾晶须(PHW)改性的环氧有机硅树脂复合材料,研究了PHW含量对复合材料在氧-乙炔烧蚀环境中抗烧蚀性能的影响。结果表明:添加PHW能够有效提高环氧有机硅树脂烧蚀产物层的抗剥落能力和耐高温烧蚀性能,其中PHW添加量为20wt%时,复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均最低,分别为0.136 mm/s和1.143 g/s,与环氧有机硅树脂相比分别低约53.74%和47.04%;当PHW含量超过20wt%后,进一步增加其含量对复合材料耐烧蚀性能的改善效果不再明显。TG分析结果表明:添加PHW能大幅降低环氧有机硅树脂的失重率,其中PHW添加量为20wt%时,复合材料的失重率约为38.57%,较环氧有机硅树脂低约19.89%;当PHW含量高于20wt%后,进一步增加其在复合材料中的含量对失重率的改善效果不再明显。

关键词: 六钛酸钾晶须, 环氧有机硅树脂, 烧蚀, 复合材料

Abstract: The epoxy-silicone resin composites modified with potassium hexafluorotitanate whiskers (PHW) were prepared, and their oxygen-acetylene ablation performance was investigated, focusing on the impact of varying PHW content. The results indicate that addition of PHW can effectively enhance the anti-spalling capability and high-temperature ablation resistance of the epoxy organosilicon resin. When the PHW concentration is 20wt%, the composite material exhibits the lowest linear ablation rate and mass ablation rate, which are 0.136 mm/s and 1.143 g/s, respectively. These values are approximately 53.74% and 47.04% lower than those of the epoxy organosilicon resin alone. However, when the PHW content exceeds 20wt%, further increasing its amount is no longer significantly improving the ablation resistance of the composite material. Thermal gravimetric analysis (TGA) results reveal that the addition of PHW significantly decreases the weight loss rate of the epoxy-silicone resin. Specifically, when the PHW content is 20wt%, the weight loss rate of the composite material is approximately 38.57%, which is roughly 19.89% lower than that of the epoxy-silicone resin. Beyond a PHW content of 20wt%, further increases in its concentration within the composite material no longer yield a significant improvement in weight loss rate.

Key words: potassium hexatitanate whiskers, epoxy silicone resins, ablation, composites

中图分类号:

TB332

李轩, 周德东, 何瑜, 张立京, 苏菁, 李伟, 肖魁, 孟卫钢. 六钛酸钾晶须改性环氧有机硅树脂的抗烧蚀性能[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 30-35.

LI Xuan, ZHOU Dedong, HE Yu, ZHANG Lijing, SU Jing, LI Wei, XIAO Kui, MENG Weigang. Ablation resistance of potassium hexafluorotitanate whisker-modified epoxy silicone resin[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(5): 30-35.

参考文献

[1] 冯志海, 师建军, 孔磊, 等. 航天飞行器热防护系统低密度烧蚀防热材料研究进展[J]. 材料工程, 2020, 48(8): 14-24.
[2] NATALI M, KENNY J M, TORRE L. Science and technology of polymeric ablative materials for thermal protection systems and propulsion devices: A review[J]. Progress in Materials Science, 2016, 84: 192-275.
[3] KOO J H, PILATO L A. Polymer nanocomposite ablatives-part Ⅱ[J]. International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion, 2020, 19(2): 125-187.
[4] 石振海, 李克智, 李贺军, 等. 航天器热防护材料研究现状与发展趋势[J]. 材料导报, 2007, 21(8): 15-18.
[5] 许孔力, 夏雨, 李丽英, 等. 树脂基烧蚀材料研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2021(2): 123-128.
[6] 潘栩, 祝诗洋, 钟业盛, 等. 硅改性酚醛/碳纤维复合材料的制备及烧蚀性能[J]. 材料工程, 2023, 51(6): 150-158.
[7] 贺晨, 苏峘, 卢鹉, 等. 环氧有机硅韧性烧蚀防热涂层制备[J]. 表面技术, 2018, 47(5): 167-171.
[8] 郭亚林, 梁国正, 丘哲明, 等. 碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料性能研究[J]. 材料工程, 2004(9): 42-44.
[9] 王彬, 孙胃涛, 王俊锋, 等. 环氧改性有机硅树脂基热防护涂层的制备及抗烧蚀性能研究[J]. 涂料工业, 2022, 52(12): 32-36.
[10] LI B, HE C, LU W, et al. Synthesis of highly branched polymethylphenylsiloxane grafted epoxy resin copolymer for high efficiency ablation thermal protection coating[J]. Progress in Organic Coatings, 2019, 126: 178-186.
[11] 程芳伟, 姜其斌, 张志军. 六钛酸钾晶须在高分子复合材料中的应用[J]. 工程塑料应用, 2014, 42(12): 123-126.
[12] 石新秀, 袁崇凯, 王传萍, 等. 有机硅改性环氧树脂的新进展[J]. 高分子通报, 2015(4): 18-37.
[13] 莫文琴, 王周福, 王玺堂, 等. 六钛酸钠晶须的高温热稳定性研究[J]. 武汉科技大学学报, 2020, 43(3): 176-179.
[14] 华熳煜, 李益民, 李夏. 六钛酸钾(K₂Ti₆O₁₃)晶须几何构型、能量及电子结构的第一性原理计算[J]. 人工晶体学报, 2011, 40(6): 1573-1579.
[15] FAN X, YIN X, WANG L, et al. Processing, microstructure and ablation behavior of C/SiC-Ti₃SiC₂ composites fabricated by liquid silicon infiltration[J]. Corrosion Science, 2013, 74: 98-105.
[16] PAN X, NIU Y, LIU T, et al. Ablation behaviors of ZrC-TiC coatings prepared by vacuum plasma spray: Above 2 000 ℃[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2019, 39(11): 3292-3300.

六钛酸钾晶须改性环氧有机硅树脂的抗烧蚀性能

Ablation resistance of potassium hexafluorotitanate whisker-modified epoxy silicone resin

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[1]	马俊杰, 陈建稳. 基于非线性本构的织物膜材梯形撕裂数值分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 5-11.
[2]	陈述慧, 梅启林, 丁国民, 汪瑞, 蔡永祺, 姜端洋. 丙烯酸共聚改性液态丙烯酸酯树脂及其复合材料力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 12-18.
[3]	翟苏宇, 黄世俊, 陈伟婷, 张振伟, 罗尧森, 李晨辉, 苏志忠. 三聚氰胺固废改性酚醛树脂的合成及其对模塑料性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 19-24.
[4]	赵晓军, 杨怡婷, 吴磊. 阻尼层复合材料夹芯梁的动力学性能[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 25-29.
[5]	张欣伟, 周丽英, 王博, 戴雨薇, 端木天翔, 王彬, 邢云琪. 复合绝缘子芯棒EP/AlN复合材料沿面闪络及破坏机理研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 36-42.
[6]	张根, 何泽侃, 宣海军, 毛润丰, 贾文斌. 三维织物复合材料高速冲击性能和损伤机制研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 43-51.
[7]	周典瑞, 王伟翰, 高亮, 杜宇, 吴天宇, 张宝艳. 乙烯-丙烯酸共聚物改性环氧树脂/UHMWPE纤维复合材料的制备与性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 52-57.
[8]	王梦千, 贾林涛, 李爱军, 彭雨晴. SiC纤维预制体结构对SiC_f/BN/SiC复合材料致密化和力学性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 58-65.
[9]	邓宇, 凌道远, 倪淼. CFRP-PCPs复合筋加固钢-混组合梁负弯矩区抗裂试验与理论计算[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 66-75.
[10]	王涣翔, 赵刚, 徐剑. 硅烷偶联剂改性金属加热元件提高碳纤维/聚苯硫醚热塑性复合材料电阻焊接强度[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 76-84.
[11]	张晓妍, 曾周末, 李健, 陈世利, 刘洋. 基于超声导波和Y-Net的复合材料胶接质量检测研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 92-99.
[12]	陈程, 李晨, 王岩, 高丽敏, 徐吉峰. 湿热环境对T800S/M21碳纤维复合材料基体主导力学性能的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 100-106.
[13]	马腾飞, 郭子民, 李桂洋, 郑国栋, 李伟明. 软模成型工艺中软模的膨胀行为及压力平衡研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 107-113.
[14]	吕伟, 文学, 付为刚, 唐靖昆. 基于Lamb波和改进贝叶斯融合算法的CFRP边缘分层损伤分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 114-120.
[15]	杨德旭, 兰海金, 尹秀云. 风电叶片雨蚀测试技术浅析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 121-128.