[发明专利]一种苯并噁嗪树脂基耐烧蚀、隔热复合材料及其成型方法

说明书

本发明提供了一种苯并噁嗪树脂基耐烧蚀、隔热复合材料及其成型方法，其组分包括30～40重量份的苯并噁嗪树脂、60～70重量份的硼酚醛树脂、100重量份的丙酮和160重量份的丙烯腈碳纤维，在200～210℃的温度条件和4～15MPa的压力条件下固化20～30min。本发明在保证固体火箭发动机用喷管耐烧蚀、隔热扩张段、隔板内、外衬及背衬等部件各项性能不降低的基础上，能降低制品缺陷率，改善树脂基体韧性，提高模压制品后续可加工性。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，用于固体火箭发动机喷管扩张段、隔板内、外衬及背衬等部件的耐烧蚀隔热衬层，同样适用于耐烧蚀、耐温等级更高的高强度玻璃钢产品。

背景技术

目前，常用的固体火箭发动机耐烧蚀、隔热衬层大都采用碳纤维/硼酚醛模压而成。 硼酚醛树脂具有比普通酚醛树脂高的耐热性，耐瞬时高温性，另外，纤维增强的塑料机械强度高，耐烧蚀性及耐磨性能良好，能够满足固体火箭发动机对隔热结构件的使 用要求。目前此种方案使用比较普遍，造价相对低廉，工艺成熟度高，但硼酚醛树脂 固化速率较慢，固化后材料收缩率大，脆性大；硼酚醛树脂对环境湿度比较敏感，在 潮湿状态下，制品力学性能有较大幅度下降；另外，硼酚醛树脂两端均为－OH键， 聚合时为缩聚反应，会有小分子释放，模压制品容易产生裂纹、鼓包的缺陷，影响制 品的性能。

苯并噁嗪树脂是酚醛树脂的一种，发展初期被认为是一种可替代传统缩聚酚醛的新型树脂。随着研究的深入，发现苯并噁嗪树脂较普通酚醛树脂、环氧树脂、双马来 酰亚胺树脂等更具特点，适宜RTM成型及缠绕成型等。其性能具有综合优势，既可 作承力结构复合材料的树脂基体，又可用以制备功能复合材料，具有更加良好的耐烧 蚀性能及低烟阻燃性能。但该树脂单独使用时，由于苯环刚性大，导致制品脆性大， 制品容易出现绷豁儿或者断裂，限制了该树脂的使用。

目前研究中，有报道苯并噁嗪树脂与环氧树脂共混模压形成类似酚醛的网状结构， 但其与酚醛树脂及环氧树脂共混改性国内研究鲜少提及，应用于模压生产尚属空白。苯并噁嗪树脂在自聚合时发生开环聚合，不产生小分子，且制品收缩率低、形成缺陷 率低、性能可靠性更高的优点对于保证模压产品质量是非常有利的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种苯并噁嗪树脂基耐烧蚀、隔热复合材料，在保证固体火箭发动机用喷管耐烧蚀、隔热扩张段、隔板内、外衬及背衬等部件 各项性能(拉伸性能≥45MPa、冲击韧性≥6J/cm²、氧乙炔线烧蚀率＜0.1mm/s、导热系 数≤0.35W/(m·K))不降低的基础上，能降低制品缺陷率，改善树脂基体韧性，提高模 压制品后续可加工性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种苯并噁嗪树脂基耐烧蚀、隔热复合材料，其组分包括30～40重量份的苯并噁嗪树脂、60～70重量份的硼酚醛树脂、 100重量份的丙酮和160重量份的丙烯腈碳纤维。

作为优选方案之一，本发明的组分还包括不大于20重量份的E-44环氧树脂。

本发明提供的苯并噁嗪树脂基耐烧蚀、隔热复合材料的成型方法包括以下步骤：在200～210℃的温度条件和4～15MPa的压力条件下固化20～30min。

作为优选方案之一，所述的苯并噁嗪树脂基耐烧蚀、隔热复合材料在成型前进行预混，使用丙酮对苯并噁嗪树脂和硼酚醛树脂进行溶解；将溶解完全的苯并噁嗪树脂、 硼酚醛树脂按(30～40)：(60～70)的重量份比例混合，得到混合树脂溶液；将160 份丙烯腈碳纤维加入混合树脂溶液中并完全浸润，然后撕松平铺，室温晾置12小时后 放入80℃烘箱烘70min。

作为优选方案之一，所述的硼酚醛树脂在预混前进行粉碎。

作为优选方案之一，所述的丙烯腈短切碳纤维在预混前在80℃烘箱内预烘120min。

作为优选方案之一，预混时还加入不大于20重量份的E-44，使用丙酮溶解后与苯并噁嗪树脂、硼酚醛树脂混合。