[发明专利]一种硅硼改性聚合结构材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐热耐蚀结构材料领域，具体涉及一种硅硼改性聚合结构材料及其制备方法，本发明材料耐热、耐蚀、阻燃，可应用于航空航天、石化、冶金、电力、电子等领域。

背景技术

作为功能材料或结构材料，聚合物材料在航空航天、石油化工、电力、汽车、电子/电气等领域逐渐取代金属、玻璃和陶瓷等，发挥重要作用。一般的聚合物在高温和腐蚀环境中易降解破坏，阻燃性能较差。伴随着我国经济高速发展、节约型社会的需要，耐温耐蚀阻燃的聚合物结构材料的研制迫在眉捷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅硼改性聚合结构材料及其制备方法，该方法制备的聚合结构材料解决了现有技术中存在的耐温等级低、耐腐蚀性和阻燃性较差等问题。

本发明技术方案如下：

一种硅硼改性聚合结构材料，该聚合结构材料是由甲组分与乙组分按重量比例100∶(20～40)混合后固化而成，以重量份数计，材料配方如下：

(1)甲组分

硅硼改性环氧酚醛聚合物：70～75份；

特殊处理碳纤维：6～9份；

芳纶纤维：2～5份；

十溴联苯醚：6～8份；

1，3，5-三(2，3-二溴)丙基-2，4，6-三氧三嗪：2～5份；

三氧化二锑：3～6份；

磷酸三聚氰胺：1～3份；

钛酸酯偶联剂：1～2份；

混合溶剂：4～8份；

(2)乙组分

耐温固化剂：92～95份；

混合溶剂：4～8份；

所述特殊处理碳纤维为臭氧化的沥青级碳纤维。

所述甲组分或乙组分的混合溶剂由二甲基亚砜和十氢萘混合而成，其中，二甲基亚砜和十氢萘的重量比为1∶(0.2～0.6)；

所述硅硼改性环氧酚醛聚合物制备过程如下：

在装有冷凝管、搅拌器、加料漏斗和温度计的四口烧瓶中加入10～20重量份硼酸，边搅拌边加入70～80重量份二甲基二氯硅烷，在80～100℃下反应至固态硼酸不再减少时为止；缓慢滴加乙二醇直至不再产生白色泡沫；升温至80～95℃，保持60～90min；冷却后用50～100重量份无水乙醇稀释，取出下层澄清液体备用，所述澄清液体即为有机硅硼；在装有冷凝管、搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加入等质量的已制备好的有机硅硼和酚醛环氧树脂，在90～100℃条件下充分反应50～80min，冷却后制备成硅硼改性环氧酚醛聚合物。

所述耐温固化剂为复合固化剂，是将各组分以重量比4，4′-二氨基二苯砜∶四氢噻吩砜∶二甲基亚砜＝1∶(0.1～0.2)∶(0.1～0.3)混合而成。

上述硅硼改性聚合结构材料的制备方法，步骤如下：

1)特殊处理碳纤维的制备

对碳纤维进行气相氧化处理，得到特殊处理碳纤维；其中，气相氧化介质为臭氧，处理温度为120～150℃，处理时间为80～120秒，臭氧浓度为1～2％；该处理方法中，臭氧热分解生成高活性氧，与碳纤维表面不饱和碳原子反应生成含氧官能团，与聚合物的活性集团生成稳定化学键，得到表面改性的高性能碳纤维。

2)乙组分的制备

按所述比例将耐温固化剂溶解于混合溶剂中，混合均匀后得到乙组分。

3)甲组分的制备

按所述比例，将硅硼改性环氧酚醛聚合物、芳纶纤维、特殊处理碳纤维、十溴联苯醚、1，3，5-三(2，3-二溴)丙基-2，4，6-三氧三嗪、三氧化二锑、磷酸三聚氰胺、钛酸酯偶联剂、混合溶剂混合，再经过分散、研磨制成甲组分；

步骤3)中所述分散、研磨为先用高速搅拌分散机在1000rpm条件下分散20～30分钟，然后在球磨机中研磨1～3小时。

4)将甲组分、乙组分按所述比例配置好，在50～200℃下固化4～24小时后得到硅硼改性聚合结构材料。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明利用合成技术、纤维改性技术与复合技术制备成可长期在高温高腐蚀环境中使用的硅硼改性聚合结构材料，该结构材料具有耐高温、抗温变、耐腐蚀、耐磨损等优点。

2、作为结构材料，本发明通过在聚合物分子链上引入无机或金属元素，及加入特殊处理碳纤维和芳伦纤维作为纤维增强结构等提高结构材料耐热耐蚀阻燃性能。

3、本发明可采用浇注或喷涂成型，它采用硅硼改性环氧酚醛聚合物为基料，4，4′-二氨基二苯砜、四氢噻吩砜和二甲基亚砜的混合物为耐温固化剂，纤维(特殊处理碳纤维和芳伦纤维)和阻燃剂(三氧化二锑、磷酸三聚氰胺和十溴联苯醚)为增强组分，固化形成3～30mm厚耐高温耐蚀材料。