[发明专利]一种高温陶瓷化树脂基复合材料

说明书

本发明属于复合材料技术领域。利用酚醛树脂高温成炭反应、聚碳硅烷高温下与炭、硅发生的可瓷化反应，以及蒙脱土、玻璃纤维高温熔融交联作用，在抑制材料内部热分解的同时，有效地阻隔外界热量向内部扩散，从而获得良好的烧蚀性能。本发明涉及的高温陶瓷化树脂基复合材料，预浸料重量组成至少包括：酚醛树脂100固体份、玻璃纤维90～120份、POSS 5～10份、超支化聚碳硅烷10～15份、蒙脱土2～3份。该复合材料具有质轻、耐热等功能特性，制备工艺简单，形成致密的陶瓷层，在保持适宜的力学性能和较低密度的同时，实现抗高温氧化和高温粒子流冲刷烧蚀的目的。适用于在2000℃～3000℃烧蚀环境的高温、高速粒子流冲刷和氧化破坏的工况。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及耐热复合材料技术，特别涉及高温陶瓷化树脂基复合材料技术。

背景技术

树脂基复合材料以高比刚度、高比强度得到广泛应用，具有耐烧蚀功能的树脂基复合材料近年也有了广泛的应用。一般情况下，抗氧化和耐烧蚀具有相辅相成的作用，通过在复合材料的树脂基体中添加抗氧化添加剂，使得复合材料在具有良好抗氧化性能的同时还具有良好的耐烧蚀性能。但在2000℃～3000℃下，一般的抗氧化添加剂失效，树脂基复合材料抗氧化性能急剧下降，树脂基体在高温环境下形成的碳层发生氧化破坏，导致复合材料的耐烧蚀性能和抗高速粒子流冲刷的性能急剧下降。

目前文献已有报道在EPDM橡胶中添加熔点较低的有机改性纳米蒙脱土后，蒙脱土在燃气流的烧蚀与冲刷作用下发生熔融，形成的粘性液体可以与裂解碳层发生物理交联，阻挡裂解气体的挥发和碳化层的脱落，达到提高绝热材料抗烧蚀、抗冲刷性能和降低烟雾信号的目的。有机硅类聚合物，若加入粘土类矿物(如云母、玻璃粉、滑石粉等)，在高温有氧环境烧蚀过程中基体分解产生的SiO₂，与无机填料可以发生共晶反应，在填料边缘处形成一种熔融态液相，随着烧蚀时温度的升高和反应时间的延长，这种液相不断地进行扩散，降低了烧结能，在基体表面形成致密的陶瓷保护层。但是可陶瓷化酚醛树脂复合材料报道甚少。

CN 1028158958 A公开了一种隔热一体化可陶瓷化树脂基复合材料的制备方法，该材料由可瓷化助剂、空心SiO₂微球、纤维定长纱、酚醛树脂制备而成，该复合材料内部的可陶瓷化添加剂在＞600℃发生化学变化形成陶瓷，以增加材料的烧蚀性能，适用于600℃～1200℃的中低温环境。

发明内容

本发明旨在提供一种具有良好抗高温氧化性能和高速粒子流冲刷烧蚀性能高温陶瓷化的纤维增强树脂基复合材料。

本发明的目的是这样实现的，利用酚醛树脂高温成炭反应、聚碳硅烷高温下与炭、硅发生的可瓷化反应，以及蒙脱土、玻璃纤维高温熔融交联作用，在抑制材料内部热分解的同时，有效地阻隔外界热量向材料内部扩散，从而使酚醛复合材料获得更好的烧蚀性能。

本发明涉及的高温陶瓷化树脂基复合材料，预浸料重量组成至少包括：

酚醛树脂 100固体份

玻璃纤维 90～120份

POSS 5～10份

超支化聚碳硅烷 10～15份

蒙脱土 2～3份

其中：酚醛树脂为苯酚-甲醛、甲酚-甲醛；POSS为三硅醇苯基POSS或七苯基三硅醇苯基POSS中的一种；蒙脱土为纳米有机改性蒙脱土。

本发明涉及的一种高温陶瓷化树脂基复合材料，预浸料重量组成至少包括：

酚醛树脂 100固体份