高守臻，任有文，馬開(kāi)寶，李大勇，魏化震，孔　韜，王曉立，辛全友，趙志安

（1.山東非金屬材料研究所，濟(jì)南 250031； 2.空軍駐山東地區(qū)軍事代表室，濟(jì)南 250023）

纖維編織增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料研究進(jìn)展

高守臻1，任有文1，馬開(kāi)寶1，李大勇1，魏化震1，孔韜2，王曉立1，辛全友1，趙志安1

（1.山東非金屬材料研究所，濟(jì)南 250031； 2.空軍駐山東地區(qū)軍事代表室，濟(jì)南 250023）

介紹了二維織物、2.5維織物、三維織物等纖維預(yù)制件的結(jié)構(gòu)特性，分析總結(jié)了各種纖維預(yù)制件的發(fā)展及研究狀況，綜述了三維編織增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料及其樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝研究進(jìn)展?？偨Y(jié)了目前研究中存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)的研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。指出三維編織復(fù)合材料是不分層的整體結(jié)構(gòu)，其比強(qiáng)度、比模量高，力學(xué)性能和功能性?xún)?yōu)異，開(kāi)展編織復(fù)合材料力學(xué)性能有限元分析、結(jié)構(gòu)與功能一體化設(shè)計(jì)、低成本制造工藝等研究是十分迫切的。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展多種編織工藝、多種纖維混合編織也是新的研究方向，特殊形狀的一次性編織復(fù)合材料的力學(xué)性能研究有待進(jìn)一步深入。

纖維；酚醛；熱防護(hù)材料；2.5維織物、三維織物；樹(shù)脂傳遞模塑

酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料因具有耐燒蝕性能適中、物理力學(xué)性能良好、工藝性好、成本低等優(yōu)良性能，在彈箭武器燒蝕或隔熱等熱防護(hù)結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用［1］。短纖維增強(qiáng)的高硅氧/酚醛或碳/酚醛是應(yīng)用最廣的熱防護(hù)材料，隨著武器裝備向著遠(yuǎn)程打擊、精確制導(dǎo)、高效毀傷等方向的發(fā)展，短纖維增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料因抗沖刷均勻性差、易剝蝕、損傷容限低等缺點(diǎn)已越來(lái)越不能滿(mǎn)足新型裝備的需求［2］。提高酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料力學(xué)性能、抗燒蝕性能、增加燒蝕均勻性、發(fā)展編織纖維增強(qiáng)技術(shù)成為酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料很重要的發(fā)展趨勢(shì)［3］。

傳統(tǒng)的二維層壓復(fù)合材料僅依靠基體材料將各層維持在一起，而且容易發(fā)生分層。迄今為止，用于改善分層特性的各種全厚度增強(qiáng)方法包括縫合、2.5維編織和三維編織。縫合方法沿厚度方向?qū)⑨橆^插入纖維束對(duì)纖維束進(jìn)行捆綁。三維編織不會(huì)在預(yù)先形成的結(jié)構(gòu)上引起任何損壞，能夠使各層整體結(jié)合在一起，大大提高了材料的層間剪切性能。因此，三維編織復(fù)合材料為降低復(fù)合材料分層失效的發(fā)生和傳播提供了一個(gè)很有前途的解決方案。2.5維編織的近期發(fā)展成功解決了三維編織技術(shù)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，能夠生產(chǎn)各種新的架構(gòu)從而減少分層。2.5維編織纖維增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料因其具有成本較低、工藝良好、易成型等優(yōu)異的綜合性能，有望成為新一代熱防護(hù)材料的發(fā)展趨勢(shì)。

筆者分析總結(jié)了二維織物、2.5維織物、三維織物等纖維預(yù)制件的發(fā)展及研究狀況，綜述了三維編織增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料及其樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝研究進(jìn)展?？偨Y(jié)了目前研究中存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 　纖維編織預(yù)制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

1.1 二維織物

二維織物厚度小，需要以疊層鋪放或纏繞的方式制備復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，二維織物可實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模制備，是目前酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料中應(yīng)用最廣的一類(lèi)技術(shù)。酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料中使用的二維織物包括二維機(jī)織布及經(jīng)編織物，以管狀和平板狀結(jié)構(gòu)形式為主。二維機(jī)織布主要分為平紋、緞紋和斜紋等，平紋織物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸穩(wěn)定，占二維機(jī)織布產(chǎn)量的70%，但平紋織物中纖維受力方向?yàn)榻?jīng)緯向受力，成型后復(fù)合材料抗沖擊性和剪切性較差。鍛紋織物較平紋和斜紋織物更適于做增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料［4］。二維機(jī)織布經(jīng)向和緯向上尺寸穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)異，適于模壓、纏繞、樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）等多種成型工藝，已成功應(yīng)用于航空、航天、軍工等武器裝備。

經(jīng)編織物克服了單向預(yù)浸料的使用問(wèn)題，材料的彈性模量和強(qiáng)度能夠充分發(fā)揮，且能實(shí)現(xiàn)低成本制造，在酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料的性能設(shè)計(jì)上具有獨(dú)特的優(yōu)越性，最為常見(jiàn)的酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料增強(qiáng)體為雙軸、多軸織物。談昆倫等［5］介紹了碳纖維經(jīng)編織物復(fù)合材料所用預(yù)制件的織物結(jié)構(gòu)、成型工藝特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例，認(rèn)為經(jīng)編織物可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、纖維方向控制精確，可大大增加復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度及沖擊韌性，且能降低制造成本，并介紹了國(guó)內(nèi)經(jīng)編織物設(shè)備及研究進(jìn)展。楊正柱等［6］研究了以經(jīng)編織物為增強(qiáng)材料的夾芯復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)真空浸漬工藝實(shí)現(xiàn)了樹(shù)脂與面板及內(nèi)芯的良好浸潤(rùn)，大幅度提升了復(fù)合材料的力學(xué)性能。韓帥等［7］研究了碳纖維經(jīng)編織物增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸、彎曲、層間剪切性能，測(cè)試了三個(gè)方向（0°，90°，45°）的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在沿纖維方向上的力學(xué)性能均優(yōu)于其它方向，且纖維與樹(shù)脂的結(jié)合性較好，說(shuō)明了經(jīng)編織物的獨(dú)特之處。經(jīng)編織物成形靈活性好、尺寸穩(wěn)定，剪切性能好、織物密度高、抗分層、適于多種原材料、效率高、成本低，適于低成本制造小而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。目前主要用作結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，在航空、航天、造船以及汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。近幾年也開(kāi)始在酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料中開(kāi)展相關(guān)應(yīng)用研究。

二維織物增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料具有面內(nèi)比剛度、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)具有高度的各向異性、層間強(qiáng)度低、層間斷裂韌性差、沖擊損傷容限低等缺點(diǎn)，限制了其在新一代裝備中的應(yīng)用。

1.22.5維縫合織物

2.5維縫合技術(shù)兼具低成本制造、層間性能和沖擊損傷容限優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。2.5維縫合技術(shù)又稱(chēng)為縫紉技術(shù)、穿刺技術(shù)，是利用縫合線將二維織物、2.5維織物及立體織物連接成準(zhǔn)三維立體織物或整體結(jié)構(gòu)的技術(shù)。該技術(shù)可形成三維編織不能一次成型的復(fù)雜構(gòu)件；還可通過(guò)設(shè)計(jì)把平面結(jié)構(gòu)組合成無(wú)接點(diǎn)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行縫合［8-9］。

2.5維縫合技術(shù)源于美國(guó)航空航天局（NASA）的飛機(jī)用先進(jìn)復(fù)合材料研究計(jì)劃，為了降低制造成本，美國(guó)對(duì)縫合/樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝或縫合/樹(shù)脂膜滲透成型工藝技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家2.5維縫合增強(qiáng)復(fù)合材料已應(yīng)用于飛機(jī)制造中。研究主要集中在：先進(jìn)縫合機(jī)器及縫合工藝設(shè)計(jì)、材料成型方法、材料性能及測(cè)試方法等，并在2.5維縫合材料力學(xué)性能分析和試驗(yàn)方法等方面取得了許多重大突破［10-13］。國(guó)內(nèi)研究集中在縫合工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及縫合復(fù)合材料性能等方面，研究了縫合對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并對(duì)比了2.5維縫合復(fù)合材料與傳統(tǒng)的鉚接復(fù)合材料的性能，2.5維縫合復(fù)合材料不但可以明顯減重，還能降低鉚釘應(yīng)力集中問(wèn)題。2.5維縫合技術(shù)在酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料中尚未廣泛應(yīng)用，但在飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼加強(qiáng)件、工字梁、汽車(chē)部件等方面具有較好的應(yīng)用前景。

2.5維縫合技術(shù)在酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料中的廣泛應(yīng)用，尚有許多問(wèn)題需解決。首先是縫合工藝參數(shù)與縫合復(fù)合材料力學(xué)性能的關(guān)系，縫合復(fù)合材料失效機(jī)制還不清楚。其次是濕熱等因素對(duì)材料性能影響機(jī)制尚待研究，最后曲面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的縫合困難，設(shè)備昂貴等許多問(wèn)題值得關(guān)注［14-15］。通過(guò)研究，可進(jìn)一步完善縫合復(fù)合材料的性能，擴(kuò)大材料應(yīng)用范圍。

1.32.5維編織物

2.5維編織物是為適于低成本、高效率制造而迅速發(fā)展的一種復(fù)合材料增強(qiáng)體，其特點(diǎn)為經(jīng)紗與緯紗相互結(jié)接，層與層之間結(jié)接，形成一個(gè)三維整體結(jié)構(gòu)，大大提高了復(fù)合材料的層間強(qiáng)度及抗沖擊能力。因具有優(yōu)異的綜合性能，2.5維編織物可廣泛用于航天、國(guó)防、航空、軍工及交通等眾多領(lǐng)域［16］。目前，武器裝備向著輕量化、高精度、強(qiáng)威力、快速反應(yīng)和精確打擊發(fā)展，酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料應(yīng)用環(huán)境越來(lái)越苛刻，要求其具有輕量化、層間剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度高、抗沖擊性能好、耐高溫、抗燒蝕、預(yù)型件形狀結(jié)構(gòu)多變、可設(shè)計(jì)性靈活和易加工等特點(diǎn)，2.5維編織物為解決該問(wèn)題提供了技術(shù)支撐。

2.5維編織物是最易產(chǎn)業(yè)化的酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料增強(qiáng)骨架材料。玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、酚醛纖維、硼纖維和玄武巖纖維等均可用作2.5維編織物的原材料。2.5維編織結(jié)構(gòu)分為淺交彎聯(lián)、淺交直聯(lián)和深交聯(lián)等。在織物密度、纖維規(guī)格、織物層數(shù)三個(gè)因素相同的情況下，纖維體積含量為淺交彎聯(lián)＞淺交直聯(lián)＞深交聯(lián)；酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)大于壓縮強(qiáng)度，并且拉伸和壓縮強(qiáng)度為淺交直聯(lián)＞深交聯(lián)＞淺交彎聯(lián)［17-19］。天津工業(yè)大學(xué)增加了2.5維編織物法向紗線系統(tǒng)，該2.5維織物復(fù)合材料具有更高的層間剪切強(qiáng)度及經(jīng)向抗壓性能。中材科技股份有限公司成功使2.5維淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)、衍生結(jié)構(gòu)組合成結(jié)構(gòu)單元體，實(shí)現(xiàn)了織物厚度的變化，滿(mǎn)足織物整體性及纖維連續(xù)性要求，并進(jìn)行多向可擴(kuò)展編織，便于形狀較復(fù)雜織物的整體成型。另外，通過(guò)纖維之間的互相交纏可將2.5維淺交彎聯(lián)和三維多向結(jié)構(gòu)組合成三維多向結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可滿(mǎn)足受力方向復(fù)雜構(gòu)件的使用需求，而且該結(jié)構(gòu)還具有纖維取向復(fù)雜、可靠性高、可設(shè)計(jì)性及力學(xué)性能優(yōu)良、連續(xù)纖維多等性能［20-21］。

2.5維編織物為武器裝備選材和產(chǎn)品設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并在武器裝備方面獲得了廣泛的應(yīng)用，比如戰(zhàn)術(shù)火箭、反坦克導(dǎo)彈、導(dǎo)彈防熱套、防護(hù)裝甲、坦克復(fù)合裝甲、大口徑火炮、發(fā)射管、坦克負(fù)重輪、穿甲彈等均己開(kāi)始采用2.5維編織復(fù)合材料。采用2.5維封頂織物結(jié)構(gòu)可大大提升戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈耐氣動(dòng)燒蝕性能。2.5維織物也可應(yīng)用于變截面、筒形織物等異構(gòu)型織物的成型，如火箭噴管、天線罩形狀、火箭頭與排氣管等重要機(jī)件［22-23］。

1.4 三維編織織物

三維編織物去除了“層”，長(zhǎng)度、寬度和厚度三個(gè)方向由纖維束或紗線貫穿其中，形成了一個(gè)三維整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有更為優(yōu)異的力學(xué)和功能性能，有效地解決了“分層”問(wèn)題，為酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前，三維編織酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料可以制作耐燒蝕、承力的圓筒型或錐筒型制件，三維編織酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料比強(qiáng)度高、比模量大，力學(xué)結(jié)構(gòu)合理且整體不分層，從而大大減輕了制件質(zhì)量，提高了裝備的綜合性能。三維編織酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料具有獨(dú)特的生產(chǎn)工藝和空間結(jié)構(gòu)，使其優(yōu)點(diǎn)眾多：①易于加工形狀復(fù)雜構(gòu)件。②結(jié)構(gòu)均勻性使其抗分層、抗沖擊性能好。③缺口處紗線連續(xù)，使材料整體性能好［24-29］。

國(guó)外已進(jìn)行了大量的應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究，進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用［30-32］。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)航空航天及國(guó)防系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了一定的進(jìn)展，但因成本高、效率低等原因限制了該織物的批量生產(chǎn)應(yīng)用。另外，預(yù)制件的尺寸問(wèn)題是限制其廣泛應(yīng)用的另一個(gè)問(wèn)題，目前大多數(shù)工業(yè)編織機(jī)只能以較低的速度編織較窄的預(yù)制件（100 mm以下），大型構(gòu)件仍需手工編織。加工大尺寸制件，須開(kāi)發(fā)大型昂貴的編織機(jī)械；國(guó)內(nèi)對(duì)編織復(fù)合材料性能的研究尚不完善，集中在材料的力學(xué)性能包括拉伸、壓縮、彎曲、斷裂韌性和疲勞性能，而層間剪切性能、層間斷裂韌性、蠕變性能等尚無(wú)人研究。

2 　纖維編織增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料成型工藝

纖維增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料具有較好的耐燒蝕性能，已廣泛地用在航空航天、陸軍等領(lǐng)域。纖維編織增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料由于增強(qiáng)纖維交織貫穿整個(gè)制品使制品具有整體性，因而具有良好的力學(xué)性能及高的可靠性。纖維編織增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料一般采用模壓、纏繞、RTM等成型工藝。其中RTM工藝是一種閉模成型工藝，具有原材料利用率高、固化工藝簡(jiǎn)單、制品尺寸精度高、孔隙率低等優(yōu)點(diǎn)，適用于三維織物作增強(qiáng)體的復(fù)合材料成型。

2.1 RTM用酚醛樹(shù)脂

RTM用酚醛樹(shù)脂要求注射溫度下的黏度較低（＜800 mPa·s）、工藝適用期長(zhǎng)、浸潤(rùn)性好、固化過(guò)程無(wú)小分子產(chǎn)生，固化收縮率小等，以達(dá)到快速浸透、減少制品缺陷的目的。傳統(tǒng)的酚醛樹(shù)脂利用RTM注射-加壓固化方式成型。李婷等［33］研究了中科院化學(xué)所制備的RTM成型工藝用酚醛樹(shù)脂的DSC等熱學(xué)行為，研究了樹(shù)脂的工藝適應(yīng)性，并以碳纖維針刺預(yù)制體為增強(qiáng)體，制備了RTM成型碳纖維復(fù)合材料，經(jīng)研究，復(fù)合材料力學(xué)性能、熱物理性能、耐燒蝕性能、耐沖刷性能優(yōu)異，適于制備高性能熱防護(hù)材料。李建偉等［34］制備了RTM成型鋇酚醛/石英復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能和燒蝕性能，認(rèn)為RTM成型鋇酚醛/石英復(fù)合材料整體力學(xué)性能較好，氧-乙炔線燒蝕率和質(zhì)量燒蝕率分別為0.092 mm/s，0.070 7 g/s，適于制備短時(shí)熱防護(hù)材料。除此以外，華東理工大學(xué)研制的高碳酚醛樹(shù)脂具有碳含量高、工藝操作平臺(tái)寬等優(yōu)勢(shì)，適于RTM工藝，但該樹(shù)脂縮合固化中有小分子釋放，成型過(guò)程中仍需施加壓力。

為滿(mǎn)足航空、航天、軍工、交通等領(lǐng)域產(chǎn)品的發(fā)展需求，進(jìn)一步研制RTM專(zhuān)用酚醛樹(shù)脂成為近幾年的發(fā)展趨勢(shì)。苯并惡嗪樹(shù)脂是一類(lèi)具有固化低收縮特性的高性能RTM基體樹(shù)脂，苯并惡嗪樹(shù)脂在加熱和/或催化的條件下發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合，生成含氮類(lèi)似酚醛樹(shù)脂的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)。苯并惡嗪樹(shù)脂具有低熔融黏度、聚合無(wú)揮發(fā)物、收縮極小等優(yōu)良特性。其成型的苯并惡嗪樹(shù)脂基復(fù)合材料還有耐熱性好、力學(xué)性能優(yōu)良、殘?zhí)柯矢?、分子可設(shè)計(jì)性好等優(yōu)勢(shì)。冉啟超等［35］合成了含醛基的單環(huán)苯并惡嗪，采用共混的方式制備了RTM用樹(shù)脂體系，并成功使用RTM工藝制備了復(fù)合材料。尹昌平等［36］研究了RTM成型苯并惡嗪/石英復(fù)合材料及工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料孔隙率的影響，并與鋇酚醛/石英復(fù)合材料進(jìn)行了材料性能對(duì)比。結(jié)果表明，注射壓力、溫度、纖維體積含量等對(duì)RTM復(fù)合材料孔隙率影響較大，相同厚度的制件，苯并惡嗪/石英復(fù)合材料的孔隙率遠(yuǎn)小于鋇酚醛/石英。苯并惡嗪樹(shù)脂獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予材料靈活的可設(shè)計(jì)性。雙馬來(lái)酰亞胺改性、含砜基的苯并惡嗪等結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂相繼被開(kāi)發(fā)出來(lái)，大大提升了模塑料的力學(xué)性能、熱性能及加工性能，并降低了材料成本。其中雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂改性酚醛樹(shù)脂具有成本低、可加工以及適于高溫度下使用（＜300℃）等優(yōu)點(diǎn)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

2.2 RTM衍生工藝技術(shù)

RTM工藝是指將纖維預(yù)制件放置于特定工藝尺寸閉合模具中，在一定的壓力下，樹(shù)脂注入模具，浸漬預(yù)制件并固化成型的技術(shù)。隨著新型樹(shù)脂及新材料的需求，逐漸衍生出樹(shù)脂真空灌注固化（VIMP）工藝技術(shù)及柔性軟模輔助RTM（FMARTM）工藝技術(shù)。

（1） VIMP工藝技術(shù)。

VIMP工藝技術(shù)是基于RTM工藝衍生的適于大尺寸、幾何形狀復(fù)雜的復(fù)合材料構(gòu)件的液相成型技術(shù)。VIMP是將纖維預(yù)制件放置于單面剛性模具上，整體用真空袋膜封裝，抽真空，在真空壓力下驅(qū)動(dòng)樹(shù)脂流動(dòng)浸漬纖維預(yù)制件，并固化成型復(fù)合材料構(gòu)件。該技術(shù)已成功應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)艙罩、船舶制造、風(fēng)力發(fā)電葉片、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。作為一種低成本復(fù)合材料制備技術(shù)，VIMP工藝具有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：①單面剛性模具放置，模具成本低；②產(chǎn)品尺寸及幾何形狀可變；③制品孔隙率低。崔辛等［37］介紹了VIMP的原理及技術(shù)要求，并詳細(xì)描述了VIMP工藝樹(shù)脂流動(dòng)行為、應(yīng)用及研究進(jìn)展。VIMP工藝適于酚醛樹(shù)脂熱防護(hù)材料的制備，近幾年，研究VIMP工藝中酚醛樹(shù)脂的物理參數(shù)模型不斷完善，但是，如何在實(shí)踐中統(tǒng)一及有效地監(jiān)控樹(shù)脂的流動(dòng)性有待于進(jìn)一步研究。

（2） FMARTM工藝技術(shù)。

FMARTM工藝技術(shù)主要是通過(guò)柔性模對(duì)預(yù)制件的壓實(shí)作用制備空心的復(fù)合材料構(gòu)件的成型技術(shù)。較之傳統(tǒng)的RTM工藝，F(xiàn)MARTM更加適于制備內(nèi)腔復(fù)雜的構(gòu)件，解決普通RTM工藝脫模難的問(wèn)題，并能大大提高纖維體積含量及復(fù)合材料的熱力學(xué)性能。FMARTM包括氣囊輔助RTM工藝及熱膨脹軟模輔助RTM工藝。氣囊輔助RTM工藝是通過(guò)密封氣囊壓實(shí)纖維預(yù)制件，實(shí)現(xiàn)預(yù)制件浸漬成型。氣囊輔助RTM工藝無(wú)需芯模，纖維密實(shí)，孔隙率低。然而，氣囊輔助RTM工藝存在問(wèn)題是囊壁薄，可能使筋條位置偏移而導(dǎo)致復(fù)合材料構(gòu)件力學(xué)性能降低。氣囊輔助RTM工藝已成功應(yīng)用于制備復(fù)合材料裙段、承力筒、導(dǎo)彈艙段構(gòu)件等。

熱膨脹軟模輔助RTM工藝是利用軟模的熱膨脹擠壓原理提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和纖維體積含量。且軟模易裝模、脫模及密封。該工藝優(yōu)點(diǎn)為不需外加壓力，適于整體制備較為復(fù)雜的腔體構(gòu)件。國(guó)防科技大學(xué)是較早進(jìn)行熱膨脹軟模輔助RTM工藝研究的，“十一五”期間已完成了熱膨脹軟模輔助RTM工藝在大型構(gòu)件中的應(yīng)用研究，成果顯著。該工藝技術(shù)已用于制備高精度天線測(cè)量桿、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體內(nèi)襯、復(fù)合材料背架及艙段構(gòu)件等，軟模壓力控制、工作模的精確定位成為該工藝技術(shù)推廣應(yīng)用亟待解決關(guān)鍵技術(shù)［38］。

2.3 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

RTM工藝中，樹(shù)脂的注射壓力、流動(dòng)速度、纖維的浸漬程度、孔隙含量的控制、粘滯力以及樹(shù)脂在纖維預(yù)制體中流動(dòng)時(shí)所用的時(shí)間等都是RTM 工藝研究的主要內(nèi)容。獲取這些數(shù)據(jù)的主要方法就是RTM 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。在線監(jiān)測(cè)的范圍主要包括樹(shù)脂流動(dòng)、黏度、壓力、溫度等方面。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)展可解決憑經(jīng)驗(yàn)確定工藝條件等問(wèn)題，并能大大減少研究成本。隨著產(chǎn)品質(zhì)量可靠性要求的提高和RTM工藝研究的深化，該技術(shù)對(duì)于工藝優(yōu)化參數(shù)的確定，成型時(shí)間的縮短變的越來(lái)越重要；因此在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為工藝研究的有力手段。研究RTM 工藝在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于提高RTM工藝水平有著重要的意義。

3 　結(jié)語(yǔ)

（1）二維編織織物已廣泛應(yīng)用于纖維編織增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基熱防護(hù)材料中，存在剪切強(qiáng)度低、抗沖擊性差、損傷容限低、斷裂韌性低等缺點(diǎn)，二維編織織物結(jié)合縫合工藝等多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為改善其性能缺陷的主要措施。

（2） 2.5維編織物以其成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)成為近幾年高速發(fā)展的織物結(jié)構(gòu)，多種纖維混編技術(shù)、結(jié)構(gòu)及材料一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、2.5維編織復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)技術(shù)成為近幾年的研究熱點(diǎn)。

（3）三維編織復(fù)合材料是不分層的整體結(jié)構(gòu)，其比強(qiáng)度、比模量高，力學(xué)和功能性能優(yōu)異，開(kāi)展編織復(fù)合材料力學(xué)性能有限元分析、結(jié)構(gòu)與功能一體化設(shè)計(jì)、低成本制造工藝等研究是十分迫切的。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展多種編織工藝、多種纖維混合編織也是新的研究方向，特殊形狀的一次性編織復(fù)合材料的力學(xué)性能研究有待進(jìn)一步深入。

（4） RTM工藝技術(shù)及其衍生工藝中，降低樹(shù)脂黏度和改進(jìn)成型工藝是今后的研究方向。低壓注射、高壓排氣也是解決高黏度樹(shù)脂RTM工藝應(yīng)用技術(shù)瓶頸的有效措施。

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贏創(chuàng)開(kāi)啟高科技帆船運(yùn)動(dòng)新篇章

總部位于德國(guó)埃森的特種化工公司贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)，攜手來(lái)自德國(guó)及丹麥的Gaebler 團(tuán)隊(duì)，開(kāi)啟了高科技帆船運(yùn)動(dòng)的新篇章。

新型SpeedFoiler是一艘性能極佳的超輕水翼雙體船，采用最新碳纖維和復(fù)合材料技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)船體離開(kāi)水面飛速前進(jìn)。贏創(chuàng)為這艘船提供了多種復(fù)合材料產(chǎn)品及原材料，包括以VESTAMIN、VESTANAT、NANOPOX 、ROHACELL為品牌進(jìn)行銷(xiāo)售的產(chǎn)品。這些復(fù)合材料應(yīng)用可以被加工并用于纖維、塑料基質(zhì)和泡沫芯材中。此外，贏創(chuàng)還提供原材料以及深加工及工藝技術(shù)。使用了贏創(chuàng)的原材料及添加劑，復(fù)合材料可在實(shí)現(xiàn)極高穩(wěn)固性的同時(shí)保持輕質(zhì)。

Speedfoiler達(dá)到了C級(jí)多體船的尺寸要求：長(zhǎng)7.62米，寬4.26米，桅桿高度為12米。由于Speedfoiler的超輕質(zhì)材料及革命性設(shè)計(jì)，它可以由1節(jié)航速開(kāi)始瞬時(shí)加速前進(jìn)，其上風(fēng)限約為30節(jié)航速。德高望重的多體船和水翼設(shè)計(jì)師Martin Fischer也是該項(xiàng)目成員。

一開(kāi)始，Roland和Nahid Gaebler將用這艘船參加一些現(xiàn)有的帆船比賽。隨后，他們將啟動(dòng)自己的賽船錦標(biāo)賽，即Foiling World Cup，這是一項(xiàng)全新的專(zhuān)業(yè)帆船類(lèi)賽事，在歐洲、中東、亞洲和美洲共有十場(chǎng)巡回賽。

贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)所生產(chǎn)的一系列產(chǎn)品幾乎可以在所有的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的部件中找到。該公司為夾層結(jié)構(gòu)、熱塑性塑料和熱固性樹(shù)脂基體提供核心材料，為交聯(lián)劑、催化劑、沖擊強(qiáng)度改性劑或加工過(guò)程及工藝中的添加劑等基體提供關(guān)鍵成分。

（中塑在線）

Research Progress of Woven Faber Reinforced Phenolic Resin Materials for Thermal Protection

Gao Shouzhen1， Ren Youwen1， Ma Kaibao1， Li Dayong1， Wei Huazhen1， Kong Tao2， Wang Xiaoli1， Xin Quanyou1， Zhao Zhian1
（1. Shandong Institute of Non-metallic Materials， Jinan 250031， China；2. Military Representative Office of PLA Air Force in Shandong Region， Jinan 250023， China）

The structural characteristics of 2D braid，2.5D braid and 3D braid were introduced. The development and research status of high performance fiber preform were analyzed and summarized.From visual angle of manufacturing methods，2D braid，2.5D braid and 3D braid，the development and production of high performance fiber were introduced.The research progress of 3D woven phenolic resin materials and its resin transfer moulding technology was reviewed.Finally，some problems in present studies were summarized and future investigating trends were proposed. It was pointed out that the three-dimensional braided composite materials was not layered whole structure. It not only had higher specific strength and modulus，but also had excellent mechanical and functional performance. To carry out finite element analysis of mechanical properties of braided composite，structure and function of integration design，low cost manufacturing process research was very urgent. On this basis，it was also a new research direction to carry out a variety of weaving process and fiber mixed weaving. The mechanical properties of one time braided composites with special shape need to be further studied.

fabric；phenolic resin；thermal protection material；2.5D braid；3D braid；resin transfer moulding

TQ323.1

A

1001-3539（2016）09-0132-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.09.029

聯(lián)系人：高守臻，副研究員，主要從事熱防護(hù)材料及制品研究

2016-06-30