[发明专利]一种低烧蚀率防热复合材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种低烧蚀率热防护复合材料制备方法及其产品。本发明将以优异耐烧蚀性能的酚醛树脂作为树脂基体，以特定结构的低成本针刺织物为增强体，采用真空辅助工艺制备的预浸料，剪切成一定尺寸大小的等腰三角形碎块，使不同长度碳纤维增强体含量呈规律分布，实现复合材料成型过程中局部的高流动性，并可有效减少复合材料的内部缺陷，从而提高其防热性能。本发明制备的低烧蚀率热防护复合材料，其氧/乙炔烧蚀试验质量烧蚀率低于0.055g/s，线烧蚀率低于0.07mm/s，具有成本低、质轻、耐热、抗高温富粒子流冲刷、烧蚀均匀性好等优点。适用于热防护领域，特别适用于制备在高温、高过载、高速冲刷等苛刻工作环境下工作的异形复合材料制品。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及纤维增强树脂基复合材料技术领域，特别涉及具有抗强冲刷、热防护功能的复合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料以高比刚、强度和低密度等优良性能在国防领域得到了广泛应用，具有耐烧蚀热防护功能的复合材料近年也有了一定的发展并获得成功应用。特别是在高温、高速、高浓度粒子流的强冲刷烧蚀工况下，出现了以碳纤维编织物为增强体的树脂基热防护复合材料，但现有碳纤维编织物增强树脂基复合材料不但质量烧蚀率高、耐热和烧蚀均匀性较差，而且还具有成本高、增强体制备和复合材料成型工艺复杂、性能稳定性较差等缺点，限制了其广泛应用。

殷忠义等在2019年3月《电子工艺技术》第40卷发表了 “碳纤维针刺预制体增强TDE-85树脂材料细观研究”，制备了一种针刺结构碳纤维织物增强的环氧树脂基复合材料，并对复合材料的性能进行了研究。但没有涉及碳纤维针刺织物碎块对复合材料性能的影响，特别是没有涉及有特定形状碳纤维针刺织物碎块和模塑工艺对复合材料性能的影响。

程海霞等在2020年第04期《玻璃纤维》发表了“三维针刺工艺参数对碳纤维复合材料力学性能的影响”，研究了针刺密度、针刺深度对复合材料性能的影响，本文认为单向布/网胎叠层针刺复合材料在针刺针刺密度为25刺/cm2，针刺深度为13mm的工艺参数下具有较优的力学性能，但没有涉及针刺密度和针刺深度对高压成型条件下预浸料流动性的影响，特别是没有涉及有特定形状碳纤维针刺织物碎块和模塑工艺对复合材料性能的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种低烧蚀率热防护复合材料制备方法及其产品。

本发明的目的是这样实现的，以具有优异耐烧蚀性能的酚醛树脂作为树脂基体，以具有特定结构的低成本针刺织物为增强体，采用真空辅助的工艺制备预浸料，采用剪切的工艺将预浸料剪切成一定尺寸大小的等腰三角形碎块，使不同长度碳纤维增强体含量呈规律分布，实现复合材料成型过程中局部的高流动性，并减少复合材料的内部缺陷，提高复合材料的防热性能。采用平纹布或斜纹布与网胎复合，充分利用碳纤维小块二维织物在高压下易滑移的特性和控制针刺密度实现针刺织物碎块宏观立体性和高压条件下微观流动性的平衡，从而实现针刺织物碎块增强酚醛复合材料的内部均匀性和抗强冲刷烧蚀的特性。最后采用低成本的模塑成型工艺固化成型，进一步降低复合材料制备成本。

本发明涉及的一种低烧蚀率热防护复合材料的制备方法，步骤如下：

1）采用针刺密度为6～12针/cm²的针刺工艺，将交替叠加放置的碳纤维布与碳纤维网胎，制备成厚度为5mm～30mm、体积密度为0.4g/cm³～0.55 g/cm³的碳纤维针刺织物；

2）以酚醛树脂为树脂基体，以碳纤维针刺织物为增强体，取两者的质量比为0.7~1.0，采用真空辅助灌注成型工艺，制备成预浸料；

3）将制备的预浸料裁剪成碎块预浸料，凉至表面干燥；

4）采用模塑工艺，将表面干燥的碎块预浸料制备成低烧蚀率热防护复合材料。

本发明涉及的低烧蚀率热防护复合材料的制备方法，其特征在于：所述碎块预浸料为等腰三角形，其腰长为10mm～60mm、顶角为45°～135°。