论文题目: 与液氧相容性聚合物及其复合材料研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料科学与工程
作者: 王戈
导师: 李效东
关键词: 液氧,相容性,聚合物,复合材料,改性,冲击,氧化,燃烧
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 聚合物基复合材料液氧贮箱是航天领域单级入轨、低成本和可重复使用航天飞行器液氧燃料贮箱的未来发展方向。本文在全面综述了国外聚合物基复合材料液氧贮箱的研究历程和聚合物及其复合材料与液氧相容性研究最新进展的基础上,针对聚合物基复合材料液氧贮箱的核心问题-聚合物及其复合材料与液氧的相容性问题,开展了相关研究。旨在迅速扭转我国在此研究领域接近空白的局面,奠定我国聚合物基复合材料液氧贮箱的研究基础,为我国未来航天事业发展提供必要的技术储备和保障。论文首先就聚合物材料与液氧不相容现象进行了分析,系统研究了其原因、机理、评价方法等,并由此确定了聚合物材料的选择和改性的方向。研究中采用标准的ABMA型液氧冲击敏感性试验为主,其他新方法为辅的评价体系。在研究影响聚合物液氧冲击敏感性的物理和化学因素时,发现聚合物材料试样表面的凹坑显著增大了试样的液氧冲击敏感性,试样表面的凸起则降低了试样的液氧冲击反应敏感性;聚合物材料试样经过液氧浸泡和高温预氧化后的液氧冲击反应敏感性增大。研究了聚合物的抗氧化性和阻燃性能与其液氧冲击反应敏感性之间的对应关系,认为聚合物材料与液氧相容性的化学实质在于氧化,这种氧化与聚合物在高温空气中的氧化燃烧在本质上是相同的。以上结论为液氧相容性聚合物材料的制备和应用提供了理论指导。在研究聚合物液氧相容性机理时,发现聚合物材料受到液氧冲击时发生的敏感现象是由于力学冲击在材料表面产生热点,热点区域的急剧温升造成聚合物的热氧降解,释放出可燃性小分子气体与氧气混合后发生点燃引起的。因此,在液氧冲击试验之外,建立了热分析、表面红外分析、X射线光电子能谱分析等仪器分析方法和聚合物燃烧性能参数测定等辅助手段,由此可以更加科学和全面地表征聚合物与液氧的相容性。经过广泛筛选和实验,确定以环氧氰酸酯共固化体系(EC)作为本文的基础研究体系。其中双酚A型环氧树脂的共固化体系(EBAC)表现出最好的综合性能。为了进一步改善此体系与液氧的相容性,系统研究了多种改性途径和方法。发现抗氧化改性和阻燃改性均可以明显改善聚合物与液氧的相容性。采用结构调整和添加抗氧化剂的手段对EBAC体系进行抗氧化改性,改性后得到一
论文目录:
摘要
ABSTRACT
论文插图
论文表格
第一章 绪论
1.1 与液氧相容性聚合物及其复合材料的研究背景
1.1.1 航天飞行器聚合物基复合材料液氧贮箱的迫切要求
1.1.2 聚合物复合材料液氧贮箱的发展历程和现状
1.2 我国进行与液氧相容性聚合物及其复合材料的研究意义
1.2.1 我国未来航天飞行器对液氧贮箱的要求
1.2.2 我海军常规潜艇新型动力系统液氧贮箱的要求
1.2.3 其它工业相关领域的液氧贮箱以及液氧系统的要求
1.3 材料与液氧相容性概述
1.4 材料与液氧相容性的评价
1.4.1 各种点火源的模拟试验
1.4.2 材料的燃烧试验
1.4.3 材料与液氧相容性的判定－液氧冲击敏感性试验
1.5 材料与液氧相容性机理的研究现状
1.5.1 液氧冲击敏感性的研究
1.5.2 聚合物与液氧相容性的研究
1.6 本文的选题依据、研究思路和研究内容
1.6.1 本文的选题依据
1.6.2 聚合物基复合材料液氧贮箱的研究思路
1.6.3 本文的研究内容
第二章 实验设计及方法
2.1 实验原料
2.2 试样制备
2.2.1 聚合物基体树脂固化物
2.2.2 聚合物基复合材料
2.2.3 液氧机械冲击试样
2.3 试验设计以及分析测试方法
2.3.1 液氧冲击敏感性测试
2.3.2 高压液氧浸泡试验
2.3.3 氧化性能测试
2.3.4 燃烧性能测试
2.3.5 低温热导率的测定
2.3.6 结构与组成分析
2.3.7 表面形貌分析
2.3.8 冷热循环测试
2.3.9 力学性能测试
2.3.10 涂层基本性能测试
2.3.11 凝胶点测定
第三章 聚合物与液氧相容性的机理研究
3.1 聚合物与液氧不相容的现象
3.2 影响聚合物与液氧相容性的物理因素
3.2.1 试样表面
3.2.2 内部掺杂
3.3 影响聚合物与液氧相容性的化学因素
3.3.1 聚合物热氧降解与液氧相容性
3.3.2 聚合物材料的燃烧性能与液氧相容性
3.3.3 聚合物材料与液氧相容性的化学实质
3.4 聚合物的氧化与其液氧相容性
3.4.1 液氧高压浸泡
3.4.2 高温预氧化
3.4.3 氧化与液氧相容性的化学分析
3.5 聚合物的液氧冲击敏感试验过程讨论
3.5.1 液氧浸泡预冷阶段
3.5.2 冲击注热阶段
3.5.3 聚合物热氧降解阶段
3.5.4 可燃性气体的温度变化过程
3.5.5 可燃性气体的点火
3.5.6 试样的燃烧阶段
3.6 本章小结
第四章 与液氧相容性聚合物基体研究
4.1 聚合物体系的选择
4.1.1 初选体系
4.1.2 体系筛选
4.2 基础体系
4.3 抗氧化改性体系
4.3.1 化学结构调整
4.3.2 添加抗氧剂
4.3.3 改性体系的氧化处理
4.4 阻燃改性体系
4.5 综合改性体系
4.5.1 咪唑对于共固化体系的促进作用
4.5.2 咪唑的促进作用机理
4.5.3 综合改性体系反应历程讨论
4.5.4 综合改性后固化物与液氧的相容性
4.6 改性树脂的其它性能
4.6.1 力学性能
4.6.2 抗冷热冲击
4.7 本章小结
第五章 聚合物基复合材料与液氧相容性研究
5.1 复合材料的制备
5.1.1 聚合物基体与增强纤维的选择
5.1.2 成型工艺的确定
5.2 复合材料与液氧的相容性
5.2.1 聚合物基体和其复合材料与液氧相容性的关系
5.2.2 复合材料的界面与液氧相容性
5.2.3 复合材料的成型工艺与液氧相容性
5.2.4 复合材料的液氧冲击敏感性机理探讨
5.2.5 复合材料的其它相关性能
5.3 复合材料表面处理工艺的探讨与尝试
5.3.1 金属铝涂层
5.3.2 聚四氟乙烯涂层
5.3.3 聚三氟氯乙烯涂层
5.4 本章小结
第六章 结论
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的相关论文
致谢
发布时间: 2006-09-14
参考文献
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