[發明專利]一種耐高溫氧化鋁-酚醛環氧樹脂復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811289105.8
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109486119A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 王繼平;王勇;白羽;薛智中;王波;丁克
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C08L63/04
• 分類號: C08L63/04;C08K9/06;C08K3/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種耐高溫氧化鋁?酚醛環氧樹脂復合材料及其制備方法，包括：使用偶聯劑對氧化鋁進行改性得到改性氧化鋁的步驟；以及將酚醛環氧樹脂、上述改性氧化鋁和固化劑DDS混合澆注以得到所述耐高溫氧化鋁?酚醛環氧樹脂復合材料的步驟。本發明還提供了由上述制備方法制備的耐高溫氧化鋁?酚醛環氧樹脂復合材料，該復合材料具有優異的抗彎強度和壓縮強度，良好的耐高溫，耐腐蝕，耐磨性，以及優異的熱導率和高溫蠕變特性。

技術領域

本發明屬于樹脂基復合材料制備技術領域，涉及一種耐高溫氧化鋁-酚醛環氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著航空航天領域、電子器件領域、軍事工程領域、能源工業領域以及汽車領域的發展，傳統的金屬基復合材料和陶瓷基復合材料已經不能充分滿足它們的要求。熱固性樹脂基的復合材料具有價格便宜，重量輕，耐腐蝕，耐輻射，密度小，剛性大，尺寸穩定等優異的綜合性能。因此，近年來熱固性樹脂基復合材料在航空航天、電子工業、能源工業、高壓管道、汽車零部件、體育用品等領域的應用越來越廣泛。

眾多的熱固性樹脂中，環氧樹脂是使用量最大的一類樹脂。普通的環氧樹脂具有優異的粘結性，較小的固化收縮率、簡便的生產工藝、穩定的電性能等綜合性能。然而普通的環氧樹脂由于具有脆性大，韌性差，強度較低，熱導率差，并且耐高溫性能(80-130℃)一般等缺點，仍然不能滿足當下的性能要求。

解決這些問題的方法大體分為兩類：一是對環氧樹脂本身進行改性，如結構改性(雙酚A型環氧樹脂、雙酚P型環氧樹脂)，聚合物改性(聚醚酮改性環氧樹脂，桐油改性環氧樹脂，松香改性環氧樹脂)，液晶聚合物改性(熱致液晶聚合物增韌環氧樹脂)等，這種改性可以提高環氧樹脂的耐熱性，韌性等性能；二是利用第二相增強材料與環氧樹脂進行物理或化學混合，如纖維與環氧樹脂復合，納米或微米顆粒(Al₂O₃,AlN)與環氧樹脂進行復合等，這種方法可以提高環氧樹脂的強度、熱導率、高溫蠕變等性能。

最近幾年經過科研工作者的不懈努力已經開發出了許多不同體系且具有優異性能的樹脂基復合材料。趙維維^[1]等人用ZnO對Al₂O₃顆粒表面進行修飾，制備出了ZnO@Al₂O₃核殼結構，然后用ZnO@Al₂O₃作為增強體填料加入到環氧樹脂中得到了ZnO@Al₂O₃/環氧樹脂復合材料。當ZnO@Al₂O₃的填充量為30vol％時復合材料的拉伸強度達到38.41MPa，導熱系數1.065W/m.k，與未做處理的氧化鋁填充的環氧樹脂復合材料相比，拉伸強度(30.41MPa)提高了24.18％，導熱系數提高了26.94％。姚慧超^[2]等人用混合澆注法將片狀的Al₂O₃加入到環氧樹脂中制成了片狀Al₂O₃/環氧樹脂復合材料。結果表明Al₂O₃的含量為6wt％時，復合材料的彈性模量E為4.21GPa,與純環氧樹脂的彈性模量E(2.61GPa)相比較提高了61.3％，復合材料的剪切強度為171MPa。朱軍^[3]等人采用直接混合法制備出了氧化鋁/E51環氧樹脂復合材料，結果表明隨著Al₂O₃含量的增加復合材料的彎曲強度在逐漸降低，當Al₂O₃的量為60vol％時，彎曲強度為5MPa,這可能是由于對Al₂O₃顆粒表明未做改性導致分散不均勻或者顆粒沉降之后團聚導致的。當Al₂O₃的量為40vol％時導熱系數最大為0.74W/m.k，是純環氧樹脂導熱系數的3.5倍。高巖^[4]等人將硅烷偶聯劑KH550溶于丙酮或乙醇中，然后對納米Al₂O₃表面進行改性，然后將處理好的納米Al₂O₃加入到環氧樹脂中制備出了組織致密，均勻，具有良好耐磨性的納米Al₂O₃/環氧樹脂復合材料。結果表明，當Al₂O₃的加入量為8％時復合材料的耐磨性相對于純環氧樹脂提高了260％，當Al₂O₃的加入量為10％時復合材料與碳鋼的結合強度為普通環氧樹脂的209.2％。以上幾種改性方法都只提高了環氧樹脂的部分性能，然而其中最主要的耐高溫問題(在130℃以上高溫使用其力學性能變得很差)，力學性能等問題都沒有得到很好的改善。