作为典型的树脂基编织结构防热材料,高硅氧/酚醛和碳/酚醛广泛应用于航天领域,其机械性能和热物性已有大量文献报道。然而防热材料在烧蚀过程中形成的碳化层的热物性研究却鲜有报道。考虑到碳化层是烧蚀后防热材料的重要组成部分,其热物性参数是研究防热材料应用过程中传热特性不可或缺的关键参数,因此我们对其进行了测量,并构建了相应的理论预测模型。为获得可用于实验测试的碳化层样品,我们对防热材料进行了热重分析,并根据分析结果设计了碳化实验,获得了高硅氧/酚醛、碳/酚醛以及纯酚醛树脂的碳化样品。通过对比防热材料碳化样品和烧蚀样品的组分与结构表征结果,发现防热材料碳化样品在组分和结构上与烧蚀样品基本一致,可作为防热材料碳化层进行研究。采用激光闪光法对碳化样品的热扩散率进行了测量,结合密度和比热容测量结果,获得两种防热材料碳化样品以及酚醛树脂碳化产物100～970 ℃温度范围内的有效导热系数。基于结构表征结果构建了由纤维束和酚醛树脂碳化产物组成的碳化层的有效导热系数分析模型,利用酚醛树脂碳化样品导热系数的测试结果,反演得到纤维束横向有效导热系数。为验证反演结果的可靠性,采用纤维束模型进行仿真计算,同时结合经验模型的计算结果对反演出的纤维束有效导热系数进行偏差分析,结果表明反演所得纤维束横向有效导热系数是可靠的。将反演所得的纤维束横向有效导热系数代入经验模型,发现Clayton模型和Pilling模型分别适用于预测高硅氧/酚醛和碳/酚醛碳化样品的有效导热系数。此外以高孔隙轻质防热材料为对象,对三相复合防热材料碳化层进行了实验研究,通过实验获得了高孔隙轻质防热材料碳化样品常温到1350℃的比热容和常温到1400 ℃热扩散率,结合密度测量结果,获得了有效导热系数。实验结果表明,相比于传统的两相复合防热材料碳化样品,高孔隙轻质防热材料碳化样品的密度与有效导热系数均明显降低。防热材料织物铺层结构中会出现叠放错位和铺层角度,通过仿真研究了两者对碳化层有效导热系数的影响,结果表明,从各层织物间发生叠层错位开始,到错位程度达到1/2单元,碳化层的有效导热系数先变大后变小,在1/4单元错位处达到最大。碳化层有效导热系数随织物铺层角度增大而增大。此外,基于不同铺层结构条件下碳化层有效导热系数随纤维束横向与轴向有效导热系数之比kt/ka的变化曲线,定义了无量纲值X,可以用于判别纤维束有效导热系数各向异性对铺层结构碳化层有效导热系数影响。研究发现,各层织物间叠层错位程度不会影响碳化层有效导热系数与kt/ka之间的关系,而铺层角度则会。