[发明专利]一种耐高温氧化铝-酚醛环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温氧化铝‑酚醛环氧树脂复合材料及其制备方法，包括：使用偶联剂对氧化铝进行改性得到改性氧化铝的步骤；以及将酚醛环氧树脂、上述改性氧化铝和固化剂DDS混合浇注以得到所述耐高温氧化铝‑酚醛环氧树脂复合材料的步骤。本发明还提供了由上述制备方法制备的耐高温氧化铝‑酚醛环氧树脂复合材料，该复合材料具有优异的抗弯强度和压缩强度，良好的耐高温，耐腐蚀，耐磨性，以及优异的热导率和高温蠕变特性。

技术领域

本发明属于树脂基复合材料制备技术领域，涉及一种耐高温氧化铝-酚醛环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

随着航空航天领域、电子器件领域、军事工程领域、能源工业领域以及汽车领域的发展，传统的金属基复合材料和陶瓷基复合材料已经不能充分满足它们的要求。热固性树脂基的复合材料具有价格便宜，重量轻，耐腐蚀，耐辐射，密度小，刚性大，尺寸稳定等优异的综合性能。因此，近年来热固性树脂基复合材料在航空航天、电子工业、能源工业、高压管道、汽车零部件、体育用品等领域的应用越来越广泛。

众多的热固性树脂中，环氧树脂是使用量最大的一类树脂。普通的环氧树脂具有优异的粘结性，较小的固化收缩率、简便的生产工艺、稳定的电性能等综合性能。然而普通的环氧树脂由于具有脆性大，韧性差，强度较低，热导率差，并且耐高温性能(80-130℃)一般等缺点，仍然不能满足当下的性能要求。

解决这些问题的方法大体分为两类：一是对环氧树脂本身进行改性，如结构改性(双酚A型环氧树脂、双酚P型环氧树脂)，聚合物改性(聚醚酮改性环氧树脂，桐油改性环氧树脂，松香改性环氧树脂)，液晶聚合物改性(热致液晶聚合物增韧环氧树脂)等，这种改性可以提高环氧树脂的耐热性，韧性等性能；二是利用第二相增强材料与环氧树脂进行物理或化学混合，如纤维与环氧树脂复合，纳米或微米颗粒(Al₂O₃,AlN)与环氧树脂进行复合等，这种方法可以提高环氧树脂的强度、热导率、高温蠕变等性能。

最近几年经过科研工作者的不懈努力已经开发出了许多不同体系且具有优异性能的树脂基复合材料。赵维维^[1]等人用ZnO对Al₂O₃颗粒表面进行修饰，制备出了ZnO@Al₂O₃核壳结构，然后用ZnO@Al₂O₃作为增强体填料加入到环氧树脂中得到了ZnO@Al₂O₃/环氧树脂复合材料。当ZnO@Al₂O₃的填充量为30vol％时复合材料的拉伸强度达到38.41MPa，导热系数1.065W/m.k，与未做处理的氧化铝填充的环氧树脂复合材料相比，拉伸强度(30.41MPa)提高了24.18％，导热系数提高了26.94％。姚慧超^[2]等人用混合浇注法将片状的Al₂O₃加入到环氧树脂中制成了片状Al₂O₃/环氧树脂复合材料。结果表明Al₂O₃的含量为6wt％时，复合材料的弹性模量E为4.21GPa,与纯环氧树脂的弹性模量E(2.61GPa)相比较提高了61.3％，复合材料的剪切强度为171MPa。朱军^[3]等人采用直接混合法制备出了氧化铝/E51环氧树脂复合材料，结果表明随着Al₂O₃含量的增加复合材料的弯曲强度在逐渐降低，当Al₂O₃的量为60vol％时，弯曲强度为5MPa,这可能是由于对Al₂O₃颗粒表明未做改性导致分散不均匀或者颗粒沉降之后团聚导致的。当Al₂O₃的量为40vol％时导热系数最大为0.74W/m.k，是纯环氧树脂导热系数的3.5倍。高岩^[4]等人将硅烷偶联剂KH550溶于丙酮或乙醇中，然后对纳米Al₂O₃表面进行改性，然后将处理好的纳米Al₂O₃加入到环氧树脂中制备出了组织致密，均匀，具有良好耐磨性的纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料。结果表明，当Al₂O₃的加入量为8％时复合材料的耐磨性相对于纯环氧树脂提高了260％，当Al₂O₃的加入量为10％时复合材料与碳钢的结合强度为普通环氧树脂的209.2％。以上几种改性方法都只提高了环氧树脂的部分性能，然而其中最主要的耐高温问题(在130℃以上高温使用其力学性能变得很差)，力学性能等问题都没有得到很好的改善。