Multiscale, elastic, and low-density carbon fibre / siliconoxycarbide-phenolic interpenetrating aerogel nanocomposite for ablative thermal protection

气凝胶 材料科学 纳米复合材料 复合材料 保温 离格 抗压强度 碳纤维 多孔性 复合数 医学 内科学 放射治疗 图层(电子)
作者
Xiangyu Jin,Chen Liu,He Huang,Ruiqun Pan,Can Wu,Xiaojie Yan,Hebing Wang,Yiwu Pan,Changqing Hong,Xinghong Zhang
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier]
卷期号:245: 110212-110212 被引量:69
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2022.110212
摘要

Lightweight ablators are considered to be the most potential materials for ablative thermal protection . Herein, a novel needle carbon fibre enhanced siliconoxycarbide-phenolic interpenetrating aerogel (SiCF/PR) nanocomposite with a hierarchical multiscale structure was fabricated by a robust multistage constitutive method. The as-designed multiscale lightweight (0.30–0.35 g/cm 3 ) nanocomposite perfectly inherited its porous nanostructure and captivating properties, including notable high compressive strength (4.57–5.83 MPa), great elasticity and heat-insulation (0.068 W/(m·K)). According to its outstanding oxidation and ablation resistance, the nanocomposite resisted flame blowing of 1000 °C by butane torch for 30 min without structural disintegration, Furthermore, the linear ablation rates show a great improvement from 0.0282 to 0.0109 mm/s with the increase of siliconoxycarbide contents under the oxyacetylene flame ablation of 1.5 MW/m 2 for 300 s. These properties suggest that the SiCF/PR nanocomposite is a competitive candidate for the thermal protection of reentry spacecraft and hypersonic vehicles . • The lightweight SiCF/PR was developed by a robust multistage constitutive strategy. • The multiscale structure brings an excellent synergy of mechanical and thermal insulation. • The SiCF/PR aerogel composites possess high compressive strength and good resilience. • The SiCF/PR material shows superior thermal insulating performance at around 1000 °C. • The nanocomposites exhibit outstanding antioxidant ablation properties over 1800 °C.
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