[發(fā)明專利]一種輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910243821.0
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109957208B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭志航;曹峰;陳莉;費厚軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: C08L61/14
• 分類號: C08L61/14;C08K7/26;C08K7/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張麗娟

本發(fā)明公開了一種輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料，以鋯硼改性酚醛樹脂為基體，以陶瓷纖維針刺氈為增強(qiáng)體，在2000℃，30s氧乙炔焰的燒蝕條件下，質(zhì)量燒蝕速率在0.0025～0.02 g/s，線燒蝕速率在0.0085～0.0520 mm/s。本發(fā)明還提供前述材料的制備方法，包括以下步驟：鋯硼改性酚醛樹脂合成制備、配制酚醛樹脂溶液、酚醛樹脂溶液浸漬柔性陶瓷纖維針刺氈、固化交聯(lián)、干燥。本發(fā)明具有密度低、防隔熱性能優(yōu)異、制備工藝簡單等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及樹脂基熱防護(hù)復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

飛行器在大氣層中高速飛行過程時，擠壓，摩擦空氣會產(chǎn)生大量的氣動熱，因此各類高速飛行器均面臨嚴(yán)重的熱障問題。如不對外部的熱量進(jìn)行有效管理、控制，會造成飛行器過熱甚至燒毀。因此，需要熱防護(hù)材料對飛行器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。目前，按使用工況可以分為兩類：可重復(fù)使用熱防護(hù)系統(tǒng)和燒蝕型熱防護(hù)系統(tǒng)。可重復(fù)使用熱防護(hù)系統(tǒng)在飛行及再入過程中不發(fā)生化學(xué)和物理的變化，但存在最高使用溫度的限制。燒蝕型熱防護(hù)系統(tǒng)通過材料受熱后發(fā)生一系列化學(xué)、物理過程起到散熱的作用，降低飛行器溫度。雖然燒蝕型熱防護(hù)材料屬于一次性使用熱防護(hù)材料，但是在高焓值高熱流密度的環(huán)境，這是唯一可行、且相對安全的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)樹脂基熱防護(hù)復(fù)合材料密度大（～1.4g/cm³）、熱導(dǎo)率高（0.5 W/m·K），同時由于在燒蝕過程中發(fā)生化學(xué)分解、質(zhì)量耗散，因此結(jié)構(gòu)表面形狀難以保持。近年來，美國NASA發(fā)展輕質(zhì)酚醛浸漬碳燒蝕材料（PICA），具有低密度（0.5 g/cm³），低熱導(dǎo)率（0.05 W/m·K），在高熱流密度氣流環(huán)境下具有良好的材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)可靠性，成功應(yīng)用于星塵（Stardust），SpaceX公司的“Dragon”貨運飛船的防熱大底，有效的降低了飛行器的本體重量，提高了有效載荷。另外，傳統(tǒng)酚醛樹脂含有大量的不穩(wěn)定醚鍵，熱分解溫度低，高溫下殘?zhí)柯瘦^低，用傳統(tǒng)酚醛樹脂所制備的復(fù)合材料在高溫?zé)岘h(huán)境下強(qiáng)度顯著降低，由于樹脂基體的大量分解，造成復(fù)合材料被氣流快速破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種密度低、防隔熱性能優(yōu)異、制備工藝簡單的輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料，所述輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料以鋯硼改性酚醛樹脂為基體，以陶瓷纖維針刺氈為增強(qiáng)體，在2000℃，30s氧乙炔焰的燒蝕條件下，質(zhì)量燒蝕速率在0.0025～0.02 g/s，線燒蝕速率在0.0085～0.0520 mm/s。

作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料中，所述鋯硼改性酚醛樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～70%，余量為陶瓷纖維針刺氈。

作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供一種輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將甲醛水溶液、苯酚置于反應(yīng)容器中攪拌，加入堿性催化劑調(diào)節(jié)pH至8～9，加熱升溫至70～75℃溫度下進(jìn)行第一次攪拌反應(yīng)，得中間體；

S2、同時向反應(yīng)容器中加入鋯源和硼源，升溫至85～95℃進(jìn)行第二次攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后，降溫，真空脫水，得鋯硼改性酚醛樹脂；

S3、將鋯硼改性酚醛樹脂與溶劑混合，在60～80℃溫度下攪拌，直至鋯硼改性酚醛樹脂溶解，降溫至30～50℃，加入固化劑，攪拌至固化劑溶解，得酚醛樹脂溶液；

S4、將陶瓷纖維針刺氈置于模具中并密封，將酚醛樹脂溶液注入模具中；

S5、將模具加熱升溫至80～150℃，保溫，冷卻至室溫，得固化后的酚醛復(fù)合材料；

S6、將固化后的酚醛復(fù)合材料干燥，得輕質(zhì)微燒蝕型復(fù)合材料。