Солохова Кира Сергеевна. Углекомпозиты на основе дисперсно-наполненного эластомера с высокой термической и окислительной стойкостью

brief description

Солохова Кира Сергеевна. Углекомпозиты на основе дисперсно-наполненного эластомера с высокой термической и окислительной стойкостью;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»], 2023

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Московский государственный технический
университет имени Н.Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)»
Г осударственная корпорация по атомной энергии «Росатом»
Акционерное общество
«Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на
основе графита «НИИграфит»
Панина Кира Сергеевна
УГЛЕКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННОГО
ЭЛАСТОМЕРА С ВЫСОКОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ
СТОЙКОСТЬЮ
Специальность 2.6.17. Материаловедение
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научные руководители
доктор технических наук, доцент
Ю. А. Курганова
кандидат химических наук Е. А. Данилов
Москва 2024 
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава I. Состояние вопроса и постановка задач исследования 14
1.1 Общие сведения о полимерных композиционных материалах с высокой
термической и окислительной стойкостью 14
1.2 Силоксановые каучуки 19
1.3 Основные подходы к повышению теплофизических свойств силоксановых
эластомеров 27
1.3.1 Армирование волокнами 28
1.3.2 Введение дисперсных наполнителей 35
1.4 Фенолформальдегидные смолы 40
Заключение по литературному обзору и постановка задач исследования 43
Глава II. Материалы и методики исследований 46
2.1 Материалы исследований 46
2.1.1 Силоксановый каучук 46
2.1.2 Фенолформальдегидная смола 47
2.1.3 Углеродная ткань 48
2.1.4 Дисперсные наполнители 48
2.2 Технология изготовления экспериментальных образцов 49
2.3 Методики исследований 51
Выводы к главе 2 60
Г лава III. Выбор основных составляющих полимерной матрицы 62
3.1 Выбор соотношения эластомера и порошка отвержденной
фенолформальдегидной смолы 62
3.1 Выбор дисперсных наполнителей 70
3.1.1 Выбор типа микросфер 70
3.2.2 Выбор инертных керамических наполнителей 74
Выводы к главе 3 80
Глава IV. Основные физико-механические и теплофизические свойства
углекомпозитов, особенности микроструктуры 81
4.1 Исследование микроструктуры 81
4.2 Исследование физико-механических свойств 83
4.3 Исследование теплофизических характеристик 85
Выводы к главе 4 91
Глава V. Исследования функциональных свойств углекомпозитов 92
5.1 Определение кинетических параметров и энергии активации 92
5.2 Исследование огнестойкости 95
5.3 Исследование абляционной стойкости 97
5.4 Исследование воздействия лучистого теплового потока 103
5.5 Воздействие плазменного потока и оценка предельной нагрузки 105
5.6 Исследование поведения разрабатываемых материалов и определение их
характеристик в условиях горения 107
5.7 Оценка гибкости и способов закрепления углекомпозитов 110
Выводы к главе 5 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 117
Приложение А 137

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В настоящей работе разработаны двумерно армированные углекомпозиты на основе дисперсно-наполненного силоксанового эластомера с высокой термической и окислительной стойкостью, исследованы их физико-механические и теплофизические свойства, стойкость к воздействию высокотемпературных газовых потоков.
2. На основании экспериментальных данных выбрано соотношение силоксанового каучука и порошка отвержденной фенолформальдегидной смолы - 2:1 массовых частей, обеспечивающее высокую абляционную устойчивость углекомпозитов на их основе при воздействии пламени.
3. Установлено, что слоистая структура двумерно армированных углекомпозитов обеспечивает высокий уровень теплозащитных свойств. Гибкость и прочность обеспечиваются за счет эластомерной матрицы и углеродных тканей соответственно. Введение тугоплавких частиц приводит к повышению теплофизических свойств, причем наибольший эффект достигается для углекомпозитов с комплексной добавкой (5 % SiC + 5 % ZrB2 + 5 % КМС).
4. Введение дисперсных частиц отвержденной фенолформальдегидной смолы в силоксановую матрицу углекомпозитов приводит к формированию защитного пористого коксового слоя под слоем керамических соединений при воздействии направленных газовых, плазменных и лучистого потоков, а также при горении. За счет этого увеличивается термическая и окислительная стойкость углекомпозитов: повышается огнестойкость и эрозионная стойкость, прочность коксового слоя, кислородный индекс, категория стойкости к горению.
5. Определены кинетические параметры окислительной термодеструкции углекомпозитов и установлено, что введение порошков отвержденной фенолформальдегидной смолы приводит к повышению энергии активации углекомпозитов при горении со 141 520 Дж/моль до 159 936 Дж/моль. Введение комбинации дисперсных частиц (5 % SiC + 5 % ZrB2 + 5 % КМС) позволяет дополнительно повысить энергию активации до 164 858 Дж/моль.
Углекомпозиты на основе дисперсно-наполненного эластомера характеризуются высокой гибкостью с возможностью закрепления клеевым соединением на различных криволинейных поверхностях