تأثير تقويت‌كننده‌هاي مختلف بر خواص حرارتي، سايشي و ريزساختاري كامپوزيت‌هاي زمينه فنوليك

A Comparison Between the Ablation, Thermal and Micro-Structural Properties of Resole Matrix Composites Reinforced with Various Reinforcements

در اين تحقيق اثر تقويت‌كننده‌هاي مختلف، نظير الياف كربن، الياف شيشه، اكسيد سيليسيم و اكسيد زيركونيوم، بر خواص سايشي، حرارتي و ريزساختاري كامپوزيت‌هاي زمينه فنوليك بررسي مي‌شود. رزين‌هاي فنوليك به‌دليل خاصيت زغال‌شوندگي منحصر به‌فردشان در دماهاي بالا كاربرد ويژه‌اي در ساخت محافظ‌هاي حرارتي در صنايع هوافضا دارند. در اين تحقيق، سه دسته نمونه با درصدها و مواد مختلف ساخته شده ‌است. دسته اول داراي 37/5% رزول به‌عنوان زمينه و 62/5% درصد تقويت‌كننده، دسته دوم شامل 40% رزول، 40% اكسيد سيليسيم و 20% اكسيد زيركونيوم و دسته سوم كامپوزيت‌هاي تقويت‌شده با الياف كربن است كه با 5% وزني اكسيد زيركونيوم پوشش داده شده‌اند. براي بررسي خواص حرارتي، سايشي و ريزساختاري كامپوزيت‌ها نظير نرخ سايش، ابتدا كامپوزيتهاي ساخته شده، از طريق مشعل شماره 7 و با شعله اكسيژن اسيتيلن، تحت حرارت ºC2800 و شار حرارتي 35/8 قرار داده شد و سپس بر اساس شاخص‌هاي تحليلي همانند نرخ سايش و تحليل ميكروسكپي، بررسي‌هاي لازم انجام شد. در پايان مشخص شد كه نرخ سايش نمونه‌هاي تقويت شده با الياف كربن، 20% پايين‌تر از ساير نمونه‌ها است. همچنين افزايش اكسيد زيركونيوم نشانگر افزايش نرخ سايش است.

The effect of various reinforcements on the ablative composites has been discussed in this paper. The ability of phenolic resin to reside a char layer at high temperatures is the main reason to select it as a matrix. Analysis of the physical ablation process of a composite and low thermal conductivity of zirconium oxide is performed to produce Resole/carbon fabrics composites coated with a thin film of zirconium at the back side of the specimens. Different materials, such as carbon fabrics, glass fabrics, and also silica and zirconium powders have been used as reinforcements for synthesis of the composites. The specimens were prepared with three sets of compositions. The first set was produced with 37.5 wt% of Resole and 62.5 wt% of reinforcements. Another set of specimens were produced with 40wt% Resole, 40 wt% of silica and 20 wt% of zirconium. To explore the ablation characteristics of the composites in terms of insulation index, erosion rate and microscopic pattern of ablation, an oxyacetylene torch flame with heat flux of 8.35 Mw/m2 at approximately 3000°C was used. It was found from ablation test that the erosion rates of the Resole/carbon fabric specimens are 20% lower than that of the other specimens. Additionally the high insulation index of the Resole/carbon fabrics coated with zirconium, indicates that these composites are the best ablative materials in the present study. SEM observations show that the thermo mechanical and thermo physical erosion effects are the most important factors that influence the ablation process. The proper adhesion between reinforcements and matrix is important to achieve improved ablative properties.