[发明专利]耐烧蚀复合材料树脂组合物及耐烧蚀复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料制备领域，尤其涉及一种可用在航空航天领域的耐烧蚀复合材料树脂组合物及耐烧蚀复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，航空航天、弹道导弹等技术得到了长足的发展。耐烧蚀材料是其用到的关键材料之一。例如，在火箭发动机壳体内表面与推进剂之间的固体火箭发动机绝热层，其主要作用是对燃烧室壳体起隔热作用，以保护发动机的壳体不被高温损坏。又如，洲际导弹鼻锥再入大气层时，将经受7000～8000K超高温、每平方米几十兆瓦热流密度、100g过载、粒子云高速侵蚀、突防中遇到的核辐射和动能拦截等，通过材料自身烧蚀引起质量损失，吸收并带走大量的热量，并形成致密的碳层，阻止外部热量向结构内部传递，从而保护内部结构在一定温度范围内正常工作。复合材料(如C/C复合材料、碳/高分子复合材料)具有高比强度、高比模量、耐高温、抗烧蚀、抗冲击等特点，在航天航空领域得到广泛应用，成为轻质化结构和防热结构的主要材料。绝热层材料一般选取原则为：(1)材料的绝热性能好，导热系数低，受热时熔化热与蒸发热大；(2)热稳定性好，耐烧蚀性好(线烧蚀率最好小于0.1mm/s)、耐冲刷、受热时能够分解出低分子气体，形成的残炭层致密稳定、强度较高；(3)力学性能好；(4)发烟量少；(5)工艺性好，要易于制备加工。

目前研究较多的耐烧蚀复合材料是碳-碳复合材料和高分子复合材料，后者所用的高分子基体树脂有酚醛类、有机硅类、聚芳炔类等。有机硅用作耐烧蚀材料施工方便，但是其耐高温不超过1000℃，限制了其在航空航天领域的应用。聚芳炔由于含有大量的苯环和炔基，所以残炭率非常高(800℃时的残炭率为80～90％)，但是其与碳纤维增强材料的粘合性不好，制备的复合材料力学强度低。酚醛树脂基体复合材料因其性能优异，价格低廉而广泛用作耐烧蚀材料，但是酚醛树脂脆性大、吸水率大、成型收缩率高，针对这些缺点目前人们通过改性酚醛树脂，如硼改性酚醛树脂、钼改性酚醛树脂、含酰亚胺型改性酚醛树脂、芳烷基醚改性酚醛树脂等，来得到一系列高性能酚醛树脂。但这些改性酚醛树脂也存在脆性大导致性能不好的问题。

发明内容

本发明实施方式提供一种耐烧蚀复合材料树脂组合物及耐烧蚀复合材料的制备方法，可以解决目前改性酚醛树脂所存在的脆性大导致性能不好的问题；提供的耐烧蚀复合材料性能优异，热稳定好及阻燃好。

为解决上述问题本发明提供的技术方案如下：

本发明实施方式提供一种耐烧蚀复合材料树脂组合物，该组合物包含：酚醛树脂、聚苯氧基磷腈、偶联剂和硅油；其中，酚醛树脂和聚苯氧基磷腈的用量按质量百分比为：酚醛树脂40～80％、聚苯氧基磷腈20～60％；

偶联剂的用量为所述酚醛树脂和聚苯氧基磷腈总质量的0.2％；

硅油的用量为所述酚醛树脂和聚苯氧基磷腈总质量的1～2％。

上述组合物中，所述酚醛树脂采用硼酚醛树脂，其数均分子量为500～4000。

上述组合物中，所述酚醛树脂的数均分子量为800～3000。

上述组合物中，所述聚苯氧基磷腈的数均分子量为5000～40000。

上述组合物中，所述聚苯氧基磷腈的数均分子量为10000～20000。

上述组合物中，所述偶联剂采用硅烷偶联剂。

上述组合物中，所述硅烷偶联剂采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任一种。

上述组合物中，所述硅油采用二甲基硅油，其粘度为500～5000mPa.s。

上述组合物中，所述硅油的粘度为1000～2000mPa.s。

本发明实施方式还提供一种耐烧蚀复合材料的制备方法，该方法包括：

按上述配方取各原料；

将聚苯氧基磷腈和酚醛树脂分别溶解于四氢呋喃中，溶解完全后将两者溶解液混合成均匀的溶液，然后均匀涂在碳纤维布上，晾干后放入真空烘箱中在50℃温度下烘烤12小时；

将上述烘烤后的纤维布裁成方块，叠放在一起放入模具中，用平板硫化仪在100℃下先加热1小时，使酚醛树脂完全融化，然后再升温至120℃预固化1小时，最后升温至180℃，在5MPa的压力下后固化6小时，取出冷却至室温后，即得到耐烧蚀复合材料。