[發明專利]一種改性酚醛樹脂、復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711067756.8
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN109749351A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 謝永旺;夏雨;許孔力;許學偉;王文賓
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08K7/10;C08K7/24;C08K3/22;C08L71/10;C08K13/04;C08K7/14;C08J5/24
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本發明提出一種改性酚醛樹脂、復合材料及其制備方法，包括酚醛樹脂、短切纖維、空心微珠和熱反射物質，空心微珠由酚醛空心微珠和陶瓷空心微珠組成。本發明通過特殊配方設計，兼顧了非燒蝕類表面輻射、低熱導和燒蝕類裂解吸熱、質量引射的優勢；本發明通過陶瓷空心微珠與無機物母料共混處理，使其提高隔熱性能并改善燒蝕材料表面的抗輻射能力。

技術領域

本發明涉及一種改性酚醛樹脂、復合材料及其制備方法，屬于復合材料技術領域。

背景技術

高超音速飛行器需要長時間以大馬赫數飛行，其表面需要承受非常高的溫度和非常大的氣流沖擊，為了保障飛行器體內元件的正常工作，需要在其表面采用熱防護系統。熱防護系統是保護服役在高溫熱環境中飛行器免遭燒毀或過熱的關鍵子系統。現有的熱防護系統及材料主要包括非燒蝕類和燒蝕類。非燒蝕型熱防護材料防護原理：表面輻射；低熱導率材料阻礙對流傳熱、固體傳熱等。燒蝕型熱防護材料防護原理：燒蝕樹脂的裂解吸熱；碳升華吸熱；裂解氣體的質量引射；碳化層的輻射效應。

非燒蝕類熱防護雖然可重復使用，但對服役的高熱流條件或熱環境無法做出準確預測，因此無法確定適中的方案。燒蝕熱防護，防熱效率高，適應流場變化能力強，且系統結構簡單，對熱環境比較惡劣部位的處理更為簡便，只需將局部加厚即可。但隨著更高馬赫數的飛行需求，一味的增加厚度也不是良舉。

酚醛樹脂作為常用的燒蝕型材料，主要通過自身裂解帶走熱量，在燒蝕過程中，酚醛樹脂防熱層厚度會有明顯的減小，對自身消耗嚴重。通過在酚醛樹脂中添加隔熱填料(例如玻璃空心微球等)來改善隔熱效果，但加入的量太少，不會有明顯作用；加入的量太多，又會影響成型工藝及力學性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種兼顧非燒蝕類表面輻射、低熱導和燒蝕類裂解吸熱、質量引射的改性酚醛樹脂、復合材料及其制備方法。

本發明的技術解決方案：一種改性酚醛樹脂，包括酚醛樹脂、短切纖維、空心微珠、熱反射物質和增韌劑，各組份質量比如下：

所述的空心微珠由酚醛空心微珠和陶瓷空心微珠組成，陶瓷空心微珠與酚醛微珠的質量比1/2～2/1。

所述的陶瓷空心微珠通過與無機物母粒共混處理后，使陶瓷空心微珠中及微珠之間的空氣產生負離子。

所述的無機物母粒為電氣石母粒或蛋白石母粒，但不以此為限，只要能激發陶瓷空心微珠之間空氣產生負離子的無機物均可。

所述的無機物母粒是無機物經破碎、粉碎、磨細、分離制得。

所述的陶瓷空心微珠和無機物母粒的直徑之間存在一定差值，便于陶瓷空心微珠和無機物母粒的篩分分離。

本發明采用的空心微珠為酚醛空心微珠和陶瓷空心微珠。酚醛類復合材料由于酚醛樹脂與石英、高硅氧、玻璃纖維等織物之間的相容性不好，再加上酚醛樹脂本身脆性較高，因此復合材料的層間性能較差。本發明通過在酚醛樹脂體系中加入適量的酚醛空心微珠一方面可以顯著提高樹脂基體的韌性，另一方面可以依靠酚醛空心微珠形成優異的連續相，提高復合材料織物層與織物層之間樹脂的連續性，進而提高酚醛類復合材料的層間性能。因此，酚醛空心微珠與酚醛樹脂的質量比不低于5：100，否則改善效果不明顯。

空心微珠總量不變的情況下，陶瓷空心微珠的加入對材料熱物理性能有改善，隨著陶瓷空心微珠占比的增加，性能提升越明顯；但陶瓷空心微珠占比超過1：1后，綜合整體改善效果反而下降，優選陶瓷空心微珠與酚醛空心微珠的質量比1/2～2/1，最優選為1：1。相同條件下(陶瓷空心微珠占比相同)，前期隨空心微珠總量增加時，復合材料熱物理性能提高，空心微珠總量到達與酚醛樹脂質量比15：100左右后，空心微珠總量再增加，復合材料熱物理性能提高不明顯，但由于對微珠總量占比增加，對材料的力學性能影響較大。因此，空心微珠與酚醛樹脂質量比優選14～16：100。