在航天飛行器穿越大氣層的嚴(yán)酷過程中，熱防護系統(tǒng)是其安全與否的生命線。石英纖維增強酚醛復(fù)合材料（SiO2f/Phenolic）作為一種優(yōu)異的炭化型燒蝕防熱材料，憑借其低成本、低熱導(dǎo)率、高成炭率等優(yōu)勢，在其中扮演著不可或替代的角色

為此，本文旨在深入探究2.5D編織石英/酚醛復(fù)合材料在高溫下的拉伸性能?？茰?zhǔn)測控團隊將利用高低溫萬能試驗機，系統(tǒng)測試材料從室溫至800℃在空氣及真空環(huán)境下的經(jīng)、緯向拉伸強度與模量，并結(jié)合斷口形貌分析，揭示溫度與環(huán)境對其性能的影響規(guī)律與損傷機制。本研究期望為該材料在下一代航天熱防護結(jié)構(gòu)中的精準(zhǔn)設(shè)計與安全應(yīng)用提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

一、 測試原理

本研究的核心原理在于模擬材料在真實熱防護工況下的力學(xué)行為，并通過力學(xué)性能測試與微觀形貌分析相關(guān)聯(lián)，揭示其宏觀性能衰退的微觀機理。

二、 測試標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 1447-2005 《纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》

GB/T 9973-2006 《纖維增強塑料高溫拉伸性能試驗方法》

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，加工并測量符合尺寸要求的啞鈴型或矩形條狀試樣。

三、 測試儀器與設(shè)備

1、萬能材料試驗機

作為測試主體，負(fù)責(zé)提供精確且穩(wěn)定的拉伸載荷和控制橫梁位移速率。

2、高溫爐系統(tǒng)

這是高溫測試的核心附件，其性能直接決定溫度控制的精確度。

A、加熱方式：采用上、中、下三區(qū)獨立控制的電阻絲同步加熱，確保了爐膛內(nèi)形成均勻、穩(wěn)定的高溫環(huán)境，符合標(biāo)準(zhǔn)對試樣標(biāo)距內(nèi)溫度偏差的嚴(yán)格要求。

B、結(jié)構(gòu)設(shè)計：采用可開合式結(jié)構(gòu)，便于夾持安裝試樣；部分設(shè)計還具備旋轉(zhuǎn)開啟功能，使得試驗機在不做高溫測試時能快速恢復(fù)為室溫試驗平臺。

C、溫度測量：爐體本身配備三組熱電偶用于監(jiān)測并控制三個區(qū)域的溫度。最關(guān)鍵的是，為了直接并精確測量試樣表面的真實溫度，需使用1至3組熱電偶通過點焊或捆綁的方式直接附著在試樣標(biāo)距段表面。

3、液壓或氣動夾緊系統(tǒng)： 用于牢固夾持試樣，并通常配備循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，以防止高溫傳遞至試驗機傳感器和作動器，保護設(shè)備并保證夾緊力穩(wěn)定。

4、專用夾具： 通常采用帶冷卻通道的轉(zhuǎn)接夾具。夾具與試樣接觸面常設(shè)計有氧化鋁陶瓷隔熱片，進(jìn)一步阻隔熱傳導(dǎo)，確保試樣標(biāo)距段位于均勻高溫區(qū)，而夾持端保持低溫。

5、視頻引伸計

高溫環(huán)境下精確測量試樣的真實變形量，用于計算彈性模量。

四、 測試流程

1、試樣制備：根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)，從2.5D編織石英/酚醛復(fù)合材料板上沿經(jīng)向和緯向切割加工標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。對試樣進(jìn)行編號、尺寸精確測量并記錄。

2、設(shè)備調(diào)試：開啟萬能試驗機、高溫爐及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備預(yù)熱和校準(zhǔn)。檢查高溫爐的密封性，若進(jìn)行真空測試，則啟動真空泵組將爐內(nèi)抽至目標(biāo)真空度。

3、裝夾與安裝：將試樣小心地裝夾在高溫爐內(nèi)的專用夾具上。安裝高溫引伸計于試樣標(biāo)距段，確保接觸良好。將聲發(fā)射傳感器耦合在試樣或夾具的適當(dāng)位置。

4、環(huán)境營造：關(guān)閉高溫爐，根據(jù)測試方案（如：空氣環(huán)境 25℃, 400℃, 600℃, 800℃；真空環(huán)境 600℃, 800℃）啟動加熱程序，以設(shè)定的升溫速率（如10℃/min）加熱至目標(biāo)溫度。

5、溫度均衡：到達(dá)目標(biāo)溫度后，保溫一段時間（如15-30分鐘），以確保試樣整體溫度均勻穩(wěn)定。

6、加載測試：啟動萬能試驗機，以恒定的加載速率（如1 mm/min或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定）對試樣進(jìn)行拉伸。同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步記錄載荷、位移、引伸計應(yīng)變和聲發(fā)射信號，直至試樣wan全斷裂。

7、數(shù)據(jù)采集與保存：測試結(jié)束后，保存所有力學(xué)性能數(shù)據(jù)和聲發(fā)射數(shù)據(jù)。關(guān)閉加載系統(tǒng)，停止加熱。

8、試樣收集與冷卻：待高溫爐冷卻至安全溫度后，打開爐門，小心取出斷裂的試樣，特別注意保護斷口形貌不受損壞。

9、斷口分析：截取典型斷口，進(jìn)行噴金處理后，利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察其微觀形貌。

10、數(shù)據(jù)處理與分析：根據(jù)采集的載荷-位移/應(yīng)變數(shù)據(jù)，計算各工況下的拉伸強度、彈性模量及斷裂伸長率。結(jié)合聲發(fā)射信號特征和SEM斷口形貌，綜合分析材料的損傷與失效機理。

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