[發(fā)明專利]一種高溫可陶瓷化酚醛泡沫復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611167424.2
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106589791B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石敏先;黃志雄;劉天祥;秦巖;丁杰;沈益鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08L71/02;C08K13/02;C08K3/34;C08K3/40;C08K3/22;C08K3/26;C08J9/14;C04B38/02;C04B33/13;C04B35/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

本發(fā)明提供的高溫可陶瓷化酚醛泡沫復(fù)合材料，其主要由以下原料制成：可發(fā)性酚醛樹脂100份，發(fā)泡劑5?10份，表面活性劑6?10份，固化劑10?12份，高溫可陶瓷化的復(fù)合無機填料90?130份，硅烷偶聯(lián)劑2.5?4份，均為質(zhì)量份。其制備方法為：稱取一定量的酚醛樹脂，按一定比例加入高溫可陶瓷化的復(fù)合無機填料和硅烷偶聯(lián)劑，用攪拌器將其充分混合均勻，再加入表面活性劑、發(fā)泡劑和固化劑，快速攪拌均勻，注入模具并置于75℃±5℃的恒溫箱中150min±10min，固化成型后冷卻至室溫脫模。該復(fù)合材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(≤0.07W/(m·K))，較高的壓縮強度(常溫壓縮強度≥0.15MPa，高溫處理后壓縮強度≥0.1MPa)，在高溫有氧條件下能夠保持外形、性能及微觀多孔結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚合物基泡沫復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫可陶瓷化酚醛泡沫復(fù)合材料及其制備方法，可應(yīng)用于保溫、隔熱、防火等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

酚醛泡沫復(fù)合材料具有良好的難燃、低煙、低毒、耐熱、保溫、隔音等優(yōu)異性能，并具有很寬的使用溫度范圍(-196℃～+150℃)，在航空航天、國防、船舶、建筑、化工等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，如用作航天飛機隔熱瓦、火箭燒蝕材料、潛艇隔熱隔音材料、民用飛機艙壁、建筑外墻保溫材料、中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管保溫等。酚醛泡沫復(fù)合材料的使用溫度優(yōu)于聚苯乙烯(80℃)和聚氨酯(110℃)，但與礦棉、珍珠巖和玻璃棉等(一般在650℃以上)傳統(tǒng)無機保溫材料相比差距較大，所以目前在高溫條件下仍大量使用導(dǎo)熱系數(shù)高、保溫效果差的傳統(tǒng)無機保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.1W/(m·K)以上。因此在保持有機保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫性能佳的前提下，如何提高其耐高溫性能成為一個重要課題。

為了進一步提高酚醛泡沫復(fù)合材料的耐熱性，研究者通過對酚醛樹脂基體改性以及通過引入各種填料進行改性。黃劍清等人通過添加硼酸合成了可發(fā)泡的硼酚醛樹脂并制備了硼改性酚醛泡沫，耐高溫性能提高，熱分解溫度為450℃，硼改性酚醛泡沫的最高使用溫度為200℃(黃劍清，潘安健.硼改性酚醛泡沫的耐高溫性能.玻璃鋼/復(fù)合材料，2007,6:26-28.)。王斌等人將B₂O₃引入酚醛泡沫，所制備改性酚醛泡沫的熱分解溫度及殘?zhí)柯示岣撸?dāng)B₂O₃含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)7％時，酚醛泡沫的耐高溫性能最優(yōu)，在氮氣氣氛中其失重10％時的熱分解溫度為447℃(王斌，李賀軍，張雨雷，黎云玉，劉長青.硼改性酚醛泡沫復(fù)合材料的制備與性能研究.中國材料進展，2013,32(11)：641-646.)。何斌等人通過添加納米SiO₂提高酚醛泡沫的耐熱性(何斌，楊振國.納米SiO₂改性酚醛泡沫的制備及表征.石油化工，2007,36(12)，1266-1270.)；位東等人采用蒙脫土、碳纖維復(fù)合改性酚醛泡沫保溫材料提高耐熱及力學(xué)性能(位東，李東風(fēng)，張璐，趙占奎，敖玉輝.蒙脫土、碳纖維復(fù)合改性酚醛泡沫保溫材料的研究.中國材料研討會，2011,5.17-5.20，北京國家會議中心)。

可陶瓷化聚合物基復(fù)合材料由聚合物基體及高溫可陶瓷化的無機填料組成，可陶瓷化聚合物基復(fù)合材料在常溫下具有與普通聚合物基復(fù)合材料類似的性能，而在高溫下發(fā)生裂解、熔融、高溫相變等過程轉(zhuǎn)化為陶瓷相或玻璃相保護層，具有一定的強度且能承受一定的沖擊力，在阻燃、防火、熱防護領(lǐng)域很受關(guān)注。L.G.Hanu、J.MANSOURI和Y.B.Cheng(L.G.Hanu,G.P.Simon,J.Mansouri,R.P.Burford,Y.B.Cheng.Development of polymer–ceramic composites for improved fire resistance.Journal of MaterialProcessing Technology,2004,153–154:401–407.)等在硅樹脂中加入云母等陶瓷填料制備了高溫可陶瓷化的復(fù)合材料，在1050℃左右的熱空氣中復(fù)合材料裂解過程發(fā)生共熔反應(yīng)形成莫來石陶瓷相結(jié)構(gòu)，從而提高高溫殘留量和高溫殘留物強度，開創(chuàng)了可陶瓷化聚合物基復(fù)合材料研究和應(yīng)用的先河。近年來，國內(nèi)外聚合物基復(fù)合材料可瓷化研究主要集中在硅基樹脂和硅橡膠領(lǐng)域。