[发明专利]一种耐高温不燃纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温不燃纤维复合材料及其制备方法，该复合材料包含：纤维织物和不燃树脂基体材料；所述不燃树脂基体材料包含以下重量份数的组分：KB‑8812树脂100份、短纤维10~90份、氮化硼3~30份、膨润土0.5~10份、过氧化二异丙苯0.1~5份和硅烷偶联剂1~10份。本发明通过使用耐高温不燃树脂与纤维织物复合，使纤维复合材料具备耐高温不燃的特性，本发明在航天飞行器壳体材料、临近空间及大气层内高速飞行器、返回式卫星、汽车、工业等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种耐高温不燃纤维复合材料，具体涉及一种耐高温不燃纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

自上个世纪树脂基复合材料开始发展以来，一直以热固树脂基复合材料的发展为主，纤维增强热固性树脂基复合材料（简称：纤维复合材料）因其轻质、高强、高模、可设计性强、耐腐蚀、耐摩擦、便于整体成型等优点，已被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材和能源等国民经济各个领域。

随着航空航天、风能、汽车、体育器材等行业的发展，纤维增强复合材料在极端条件下的应用成为追求轻质高强要求后的又一追求目标。如奥运火炬、航天飞行器壳体材料、临近空间及大气层内高速飞行器、返回式卫星、航空航天用的发动机排气结构、液体燃料壳体和发动机短舱等，这些材料往往由于裂解、高温降解和热机械应力等而导致寿命短暂，因此，对耐高温不燃纤维复合材料的需求与日俱增。

由于纤维复合材料的性能决定于纤维本体、树脂基体以及两者之间的界面结合性能。目前对于纤维复合材料耐高温不燃性能的研究，主要集中在提高纤维和树脂的界面改性上，而通过提高树脂的耐高温性来提高复合材料的耐高温性能的研究却鲜有报导。如专利（CN 111534050 A）、专利（CN 113105717 A）、专利（CN 107629224 A）等都是通过碳纤维表面改性或者将纳米粒子引入界面，以提高纤维复合材料的耐高温性能，但这些方法提升的耐高温性往往非常局限，并不能从根本上解决耐高温性的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温不燃纤维复合材料及其制备方法，通过纤维织物和不燃树脂基体材料复合，不燃树脂基体材料经固化和陶瓷化后形成SiNCO的三维陶瓷结构，与纤维织物制成的复合材料具有耐高温的特性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种耐高温不燃纤维复合材料，该复合材料包含：纤维织物和不燃树脂基体材料；该耐高温不燃纤维复合材料是通过树脂传递模塑成型工艺或真空辅助成型工艺将不燃树脂基体材料灌注到三缎纹碳纤维织物中成型获得的。

其中，所述不燃树脂基体材料包含以下重量份数的组分：KB-8812树脂100份、短纤维10~90份、氮化硼3~30份、膨润土0.5~10份、过氧化二异丙苯0.1~5份和硅烷偶联剂1~10份；所述短纤维选自长径比为0.5~200的碳纤维、陶瓷纤维、金属纤维、芳纶纤维、硼纤维、玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维、M5纤维、Vectran纤维，以及长径比为0.5~10000的碳纳米管纤维中任意一种或两种以上；所述KB-8812树脂是含有乙烯基的聚硅氮烷树脂，其粘度为200~10000 cps，其经树脂传递模塑成型工艺或真空辅助成型工艺的固化和陶瓷化后，形成SiNCO的三维陶瓷结构。

本发明的纤维织物和不燃树脂基体材料复合，在成型过程中，KB-8812树脂经固化和陶瓷化后形成SiNCO的三维陶瓷结构，与纤维织物制成的复合材料具有耐高温的特性。本发明的复合材料，需要多个组分的共同作用才能达到很好的效果。其中，短纤维起到增韧的作用，如若不添加，则树脂会出现开裂，纤维大量暴露，复合材料缺陷很多并发生严重的变形，不能进行实际使用；氮化硼的低膨胀系数，能够提高耐热性，降低体系在固化/陶瓷化过程中的体积收缩，若不添加，树脂也会发生开裂现象；膨润土增加填料体系的相互粘接，若不添加，树脂会出现多处微裂纹；过氧化二异丙苯作为引发剂，能够降低固化温度，增加固化的反应速率，若不添加，树脂不能完全固化；硅烷偶联剂能够增加各组分间的界面结合力，若不添加，则力学性能很差。