[發(fā)明專(zhuān)利]一種高抗沖刷可陶瓷化阻燃樹(shù)脂及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610872437.3
• 申請(qǐng)日: 2016-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107880544B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李麗英;劉愛(ài)軍;王國(guó)勇;嵇培軍;王文賓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 航天特種材料及工藝技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C08L79/04
• 分類(lèi)號(hào): C08L79/04;C08L83/04;C08L83/16;C08L9/02
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本發(fā)明提出一種高抗沖刷可陶瓷化阻燃樹(shù)脂及制備方法，包括苯并噁嗪樹(shù)脂、阻燃劑、可陶瓷化材料、增韌劑和引發(fā)劑，其中阻燃劑與苯并噁嗪樹(shù)脂進(jìn)行接枝共聚，在分子水平上對(duì)苯并噁嗪樹(shù)脂進(jìn)行增強(qiáng)，進(jìn)而提高苯并噁嗪樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能，同時(shí)阻燃劑在熔融條件下會(huì)與可陶瓷化材料反應(yīng)，加速陶瓷層的形成。本發(fā)明的樹(shù)脂材料可維性效果好且具有高的抗沖刷、抗燒蝕以及阻燃能力，可廣泛用于導(dǎo)彈彈體、火箭、航天器再入艙或者彈道導(dǎo)彈用抗燒蝕涂層或者外防熱結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高抗沖刷可陶瓷化阻燃樹(shù)脂及制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

樹(shù)脂基燒蝕材料作為一種防熱材料，主要用于導(dǎo)彈彈體、航天器再入艙外表面和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)表面等。這種材料在熱流作用下能發(fā)生分解、熔化、蒸發(fā)、升華、侵蝕等物理和化學(xué)變化，借助材料表面的質(zhì)量損失消耗大量熱量，以達(dá)到保護(hù)飛行器內(nèi)部作用。

另一方面，隨著飛行器飛行速度的增加，普通的燒蝕型樹(shù)脂基復(fù)合材料在高溫環(huán)境下燒蝕量過(guò)大，不能滿(mǎn)足飛行器氣動(dòng)外形要求。目前常用的處理方法是在燒蝕型樹(shù)脂基復(fù)合材料中添加可陶瓷化添加劑，在中低溫階段，依靠耐燒蝕樹(shù)脂自身的耐燒蝕性防熱；當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)材料可陶瓷化溫度點(diǎn)后，樹(shù)脂基復(fù)合材料分解，材料進(jìn)行可陶瓷化轉(zhuǎn)變，依靠陶瓷材料自身耐熱性起到熱防護(hù)作用。可陶瓷化樹(shù)脂基復(fù)合材料是一種新型熱防護(hù)材料，但該類(lèi)復(fù)合材料通常采用在燒蝕型樹(shù)脂基體中物理添加可陶瓷化材料，可陶瓷化材料與樹(shù)脂的相容性一般較差，且添加后對(duì)樹(shù)脂基體的固化過(guò)程影響較大，成型復(fù)雜構(gòu)件時(shí)工藝可操作性較差；另一方面，高溫條件下樹(shù)脂基體分解炭化，無(wú)規(guī)散落分布在陶瓷材料表面，在陶瓷表面形成的陶瓷保護(hù)層結(jié)構(gòu)疏松，最終導(dǎo)致超高溫下形成的陶瓷材料不夠致密，抗沖刷和可維形效果較差，大面積應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種能大幅提升抗沖刷、抗燒蝕能力以及可維性效果好的可陶瓷化阻燃樹(shù)脂及制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種高抗沖刷可陶瓷化阻燃樹(shù)脂，包括苯并噁嗪樹(shù)脂、阻燃劑、可陶瓷化材料、增韌劑、引發(fā)劑，各組份質(zhì)量份數(shù)如下，

所述的苯并噁嗪樹(shù)脂還可優(yōu)選為改性苯并噁嗪樹(shù)脂，包括烯丙基苯并噁嗪樹(shù)脂、噁唑啉基苯并噁嗪樹(shù)脂、酚酞基苯并噁嗪樹(shù)脂等，樹(shù)脂純度≥95％。與傳統(tǒng)苯并噁嗪樹(shù)脂相比，采用改性苯并噁嗪樹(shù)脂主要為了進(jìn)一步改善復(fù)合材料的耐熱性、阻燃性、介電性能及導(dǎo)熱性和固化性能等。

所述的可陶瓷化材料為聚氮硅烷、聚碳硅烷、聚硅氧烷中的至少一種，且上述可陶瓷化材料表面具有硅氧鍵或硅氫鍵等高活性基團(tuán)，可陶瓷化材料的含量為苯并噁嗪樹(shù)脂的40％～60％，在此范圍內(nèi)能保證材料的抗沖刷、抗燒蝕性能以及力學(xué)性能才能達(dá)到最佳。超出此范圍，可陶瓷化材料的組分用量過(guò)低，陶瓷層的形成速率下降，抗沖刷、抗燒蝕性能性能下降；可陶瓷化材料的組分用量過(guò)高，燒蝕材料性能性能較好，但中低溫條件下的力學(xué)性能大大降低。另外，利用可陶瓷化材料表面存在的高活性基團(tuán)，在引發(fā)劑作用下實(shí)現(xiàn)與苯并噁嗪樹(shù)脂的共固化，成型復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件時(shí)工藝可操作性較好，且由于可陶瓷化材料與苯并噁嗪樹(shù)脂形成了致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在高溫條件下，樹(shù)脂基體分解可在陶瓷材料表面形成整體性好的穩(wěn)定致密的保護(hù)層，對(duì)材料燒蝕性能及維形效果的提高也具有較好的協(xié)同效應(yīng)。

所述的阻燃劑為POSS(多面體倍半硅氧烷)基阻燃劑，用量為苯并噁嗪樹(shù)脂用量的5％～10％，POSS基阻燃劑作為一種不含鹵素的納米尺寸的阻燃高分子，可以與苯并噁嗪樹(shù)脂接枝共聚，在分子水平上對(duì)苯并噁嗪樹(shù)脂進(jìn)行增強(qiáng)，進(jìn)而提高苯并噁嗪樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能；且由于POSS具有很好的熱穩(wěn)定性，其無(wú)機(jī)硅氧骨架結(jié)構(gòu)使其在高溫下燃燒時(shí)仍有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在分解溫度下POSS會(huì)迅速被氧化成為SiO₂，可在苯并噁嗪樹(shù)脂的表面形成一層致密的陶瓷型炭層，該炭層能隔熱、隔氧，起到進(jìn)一步有效保護(hù)苯并噁嗪樹(shù)脂基體。