[发明专利]预浸纤维增强复合材料以及通过所述预浸材料的成型和随后的热解获得的纤维增强复合陶瓷材料

说明书

本发明涉及一种层状预浸纤维增强复合材料，其是使用聚合物粘合剂组合物浸渍纤维性物质得到的，并且旨在进行连续的成型和热解操作以生产纤维增强复合陶瓷材料。聚合物粘合剂组合物基于选自由硅氧烷树脂和倍半硅氧烷树脂组成的组中的一种或多种树脂，并且能够任选地包含一种或多种有机树脂。聚合物粘合剂组合物为在50℃与70℃之间的温度下具有55000与10000mPas之间的粘度的液体。聚合物粘合剂组合物形成填充纤维性物质的间隙的未交联或仅部分交联的聚合物粘合基质。本发明还涉及一种用于制备所述层状预浸纤维增强复合材料的方法。本发明进一步涉及一种纤维增强复合陶瓷材料以及制备所述材料的方法，该纤维增强复合陶瓷材料通过预浸纤维增强复合材料的成型和后续热解而获得。

技术领域

本发明涉及一种预浸纤维增强复合材料和一种通过所述预浸材料(预浸料)的成型和随后的热解获得的纤维增强复合陶瓷材料。

根据本发明的预浸纤维增强复合材料(以下也简称为“预浸料”)旨在用于连续成型和热解操作以获得纤维增强复合陶瓷材料，其可作为基础材料应用于通过连续的处理和工作过程(成型、热解和可能的致密化)生产旨在中等温度(甚至高于400℃)下操作的组件，例如耐热舱壁或旨在高温下操作的其它组件。

背景技术

众所周知，在技术行业术语中，预先浸渍有聚合物粘合剂组合物的纤维增强复合材料简称为“预浸料”。

预浸料由纤维组成，通常为碳纤维和/或玻璃纤维和/或陶瓷纤维，其经布置以形成织物或非纺织物，并且浸渍有热固性或热塑性聚合物组合物。在任何成型过程中，浸渍所述纤维的聚合物组合物形成将纤维彼此固定的粘合基质。

通过加热到比所述材料的典型玻璃化转变温度更高的温度来处理热塑性基质。这允许聚合物链彼此相互移动和滑动，直到温度在可逆过程中再次降至低于玻璃化转变温度(Tg)。

在热固性基质的情况下，在相邻链之间形成一定数量的化学键(交联或固化)之前进行加工过程，以防止它们的相对运动，从而使聚合物在不可逆的过程中固化。

在预浸料生产中，所使用的热固性聚合物组合物基于有机树脂，通常为环氧或酚醛树脂，或基于乙烯基酯或氰酸酯的树脂。为了这些目的，在这些树脂家族中，使用具有特定流变特性(特别是粘度)的树脂，以便允许在浸渍阶段期间在纤维和树脂之间获得所需的整合度/浸渍度。

在预浸料的生产中，使用的热塑性聚合物粘合剂组合物是例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚对苯硫醚(PPS)。

在预浸料的生产过程中，热固性聚合物基质不交联或仅部分交联，从而使预浸料可操作，但仍可行。为此，将预浸料保存在低温下以避免交联的完全。

在操作上，用于生产预浸料的方法包括浸渍步骤，其中将纤维放置在平坦的表面上，并且以这种配置，它们被聚合物组合物浸渍。在该步骤期间，根据所使用的聚合物组合物，在现有技术中可以在可变温度下进行热固性聚合物组合物的部分交联。然后将材料冷却到环境温度。然后可以以平坦的可加工箔片的形式获得预浸料，然后可以对其进行加工，以获得具有远更复杂形状的组件，例如通过分层或轧制以及随后的成型操作。

在部分交联后，有机树脂为预浸料提供了良好的机械耐受特性。

然而，由有机树脂制成的预浸料具有一系列限制，这些限制会影响由它们获得的材料的特性，或者实际上使它们无法用于确定的应用。

例如，由于热解，有机树脂形成了碳质残留物，这在环氧树脂的情况下也非常受限且不足以确保复合材料的良好一致性。此外，所述碳质残留物不适合于在氧化环境中高温应用，并且不具有充足的硬度以确保良好的耐磨性。

例如，由于热解而导致的环氧树脂的低产率使得基于环氧树脂的预浸料不足以制造用于致密化工艺的预成型坯。

例如，基于有机树脂的传统预浸料可能存在以下局限性：