[发明专利]一种可陶瓷化高碳型聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于可陶瓷化的聚合物基复合材料领域，特别是一种可陶瓷化高碳型聚合物基复合材料及其制备方法。

背景技术

聚合物基可陶瓷化复合材料在常温下具有普通聚合物的特性，然而在高温时却能形成陶瓷保护层，具有一定的强度，能够承受一定的热流冲刷，从而保护材料内部不受高温的破坏。聚合物基可陶瓷化复合材料的产生为阻燃、防火以及热防护材料提供了新思路及新方法。

国内在聚合物基复合材料的陶瓷化领域已有一定的研究，例如公开号CN102675822发明了一种可瓷化碳基聚合物复合材料，包括有碳基树脂、纤维增强材料、耐高温偶联剂、硅铝酸盐矿物质粉末和非氧化物陶瓷粉末经混合压制而成；本发明在体系组分、成型工艺方面及机理均与之有着不同之处。公开号CN101215156发明了一种硅氧碳陶瓷制品及其制备方法，以一种液相有机硅氧烷为陶瓷先驱体，以另一种固相有机聚硅氧烷为成型模，采用加热、光照或静置诱发交联对有机硅氧烷陶瓷先驱体进行固化成型，将交联固化的硅氧烷陶瓷先驱体放于管式炉中在氩气气氛下900℃热解2h，陶瓷产率可达到87%。公开号CN102167832发明了一种聚（碳硼烷—硅氧/硅氮烷）聚合物及其制备方法，该聚合物结构中含有碳硼烷、硅氧烷、硅氮烷等重复单元在热作用下即可发生交联，进一步加热至1000℃可以形成陶瓷材料，所得陶瓷材料在空气中加热至800℃无明显失重。公开号CN102226000发明了一种新型硼硅炔杂化耐高温树脂及其制备方法，该树脂以二氯硅烷、苯基二氯硼烷二乙炔基苯为原料，在惰性气氛下制得淡黄色低粘度液体至黏稠状固体，可作为高性能复合材料树脂基体、绝缘材料、陶瓷先驱体等，在高温环境中这类材料表面陶瓷化，生成SiC、B₄C等陶瓷层，在高温下具有极高的质量保留率。以上几种发明在树脂基体方面都局限于硅类聚合物，种类较少，没有涉及到种类多样的碳基化合物，此外在成型工艺及陶瓷化机理方面与本发明均有很大区别。

国外已经出现不少关于聚合物基复合材料可陶瓷化的研究，但其主要集中于硅基聚合物复合材料的可陶瓷化研究中，关于碳基聚合物复合材料的可瓷化的报道比较少。美国Haluska公开的专利号US.pat4460638中发明了一种采用陶瓷纤维和硅氮烷聚合物制备陶瓷的方法，这种可陶瓷化的聚合物在至少1000℃下开始发生陶瓷化，1200℃完全陶瓷化，该专利提到的陶瓷化温度较高，并且聚合物局限于硅基聚合物。公开号US20070246240发明了一种耐火聚合物组合物，在高温下生成耐火陶瓷，该组合物包括有机聚合物和硅酸盐矿物填料，有机聚合物为聚烯烃、乙烯—丙烯橡胶、乙烯—丙烯三元共聚物橡胶（EPDM）、乙烯基聚合物等等这些有机物的均聚物或共聚物或弹性体或树脂的至少一种。硅酸盐矿物填料为铝硅酸盐、碱性铝硅酸盐、硅酸镁和硅酸钙中的至少一种；而本发明在树脂方面选择了高碳型聚合物作为基体，与之相比所制备出的复合材料体系含碳率更高，于高温下陶瓷化产率也将得到提高，在填料体系里选取了低熔点混合物，可有效的降低陶瓷化温度。公开号US4269753发明了高温下可陶瓷化的有机硅聚合物，有机硅聚合物在常温下为弹性体或树脂，在高温下转化为陶瓷结构材料，具有良好的电绝缘性和有优良的耐热特性；该专利中并没有涉及到碳基聚合物。公开号EP0270369也同样采用的是硅类聚合物（倍半硅氧烷树脂）制备多层陶瓷，当体系升温至150℃～1000℃烧蚀时，即可在基体表面得到陶瓷保护层，该陶瓷层为单层结构。

目前国内外聚合物基复合材料可瓷化研究主要集中在硅基树脂和硅橡胶领域，本发明提出了一种新颖的可陶瓷化组分，该组分具有更加简单的成型工艺，并且拓宽了可陶瓷化聚合物的种类，不仅仅局限于常规的硅类聚合物和少量的碳基聚合物，同时提出了新的聚合物基复合材料可陶瓷化机理。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对碳基复合材料在高温有氧环境下易被氧化消蚀等问题，提供一种可陶瓷化高碳型聚合物基复合材料，该可陶瓷化复合材料在高温时聚合物裂解产物与无机添加物共同反应形成陶瓷体系，具有一定的强度，能承受一定的热流冲击，从而起到固定炭层的作用和保护基体材料不被热氧化分解。还提供一种容易实施的制备方法，以获取所述可陶瓷化高碳型聚合物基复合材料。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的可陶瓷化高碳型聚合物基复合材料，其由热固性高碳型树脂、低共熔混合物、粘土类层状结构矿物粉料、成型助剂组成。各组分含量以重量份计为：热固性高碳型树脂15～50份，低共熔混合物5～10份，粘土类层状结构矿物粉料20～50份，成型助剂0.1～1.5份。