[發(fā)明專利]一種新型碳纖維增強硼酚醛樹脂復合材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111170987.8
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113930046A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 陳樹;陳瑞;陳晨;陳妹
• 申請（專利權）人: 蚌埠市天宇高溫樹脂材料有限公司
• 主分類號: C08L61/14
• 分類號: C08L61/14;C08K7/06;C08K3/04;C08K5/09;C08K5/544;C08J5/04
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 管秋香

本發(fā)明公開了一種新型碳纖維增強硼酚醛樹脂復合材料及其制備方法，復合材料由以下原料制成：硼酚醛樹脂溶液、脫模劑和碳纖維布，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的碳纖維增強硼酚醛樹脂復合材料具有不燃燒、發(fā)煙率低、無毒氣體放出的優(yōu)點，且不含鹵素、不含與基體不溶的阻燃性固體填料，該復合材料比熱容大于1.1J/g·K，導熱系數(shù)小于0.6W/(m.K)，同時具備優(yōu)異的力學性能，耐燒蝕、抗沖刷、阻燃性能優(yōu)異，是一種新型的碳/酚醛熱防護材料。

技術領域

本發(fā)明涉及碳纖維增強酚醛樹脂材料技術領域，具體屬于一種新型碳纖維增強硼酚醛樹脂復合材料及制備方法。

背景技術

國內外固體火箭發(fā)動機噴管樹脂基燒蝕防熱材料主要采用酚醛類樹脂作為基體材料。美國各種類型固體火箭發(fā)動機所使用的酚醛樹脂牌號有CTL91LD、SC1008等，俄羅斯也采用酚醛樹脂，我國主要采用鋇酚醛、氨酚醛和硼酚醛等。普通酚醛樹脂的成碳率較低，其二維纏繞材料的層間強度低，噴管布帶纏繞制品易發(fā)生燒蝕分層、燒蝕量大、燒蝕不穩(wěn)定等現(xiàn)象。硼酚醛樹脂為改性酚醛樹脂新品種，因分子結構中通過在酚醛分子結構中引入硼元素可以得到硼酚醛樹脂，硼酚醛樹脂B-O鍵鍵能為773.3kJ.mol^-1，遠大于普通酚醛O-C-O鍵能(334.72kJ.mol^-1)因此進入分子骨架的硼元素可以有效提升酚醛樹脂高溫下的穩(wěn)定性，同時由于硼的三向交聯(lián)結構，也可以較為有效地提升樹脂體系的抗燒蝕性能和殘?zhí)悸省Ｑ芯勘砻髋鸱尤渲纸鉁囟扰c傳統(tǒng)酚醛相比提升了100℃～140℃，900℃殘?zhí)悸始s為70％，優(yōu)于普通酚醛約55～60％的殘?zhí)悸省?/p>

樹脂基燒蝕材料在航天器上通常以纖維增強復合材料的形式存在，如高硅氧纖維/酚醛、石英纖維/酚醛、碳纖維/酚醛等都是在航天器上應用較為廣泛的復合材料。噴管是固體火箭發(fā)動機的能量轉換裝置，工作環(huán)境十分惡劣，在工作中要承受復雜高溫燃氣流所施加的熱、力作用以及噴管振動和擺動的機械載荷等，是固體發(fā)動機中最復雜、故障最多的部件。用于制作噴管構件的樹脂基燒蝕防熱材料是制作高性能固體發(fā)動機噴管的關鍵材料之一。樹脂基燒蝕防熱材料既要具有良好的抗燒蝕性能以維持發(fā)動機正常工作所需的燒蝕型面，又要具有良好的隔熱性能使噴管結構件的溫度在可接受水平。國內外對固體發(fā)動機噴管用樹脂基燒蝕防熱材料開展了大量的研究，并已得到成功應用。目前，固體發(fā)動機噴管通常采用酚醛樹脂類復合材料來實現(xiàn)其燒蝕防熱功能。此類樹脂基復合材料在制作過程中，采用模壓成型工藝將一定量的模壓料加入噴管和內模具內，經(jīng)加熱、加壓固化成型。在彈箭武器的發(fā)射過程中，在高溫高壓氣流沖刷的條件下，噴管的模壓料作為一種耐熱、抗燒蝕材料，發(fā)生熱解、氣化、升華、輻射等作用，通過材料表面的質量遷移帶走大量熱量，從而達到耐高溫的目的，以保證噴管和彈頭安全發(fā)射。

碳纖維增強硼酚醛復合材料在高溫(1000℃)的惰性氣體中能碳化成C/C復合材料，具有耐熱、耐氣流沖擊等優(yōu)點，用于火箭噴嘴部件，頭錐、防熱層、機翼前緣等，還可用于火箭中的耐熱墊片。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種新型碳纖維增強硼酚醛樹脂復合材料及制備方法，克服了現(xiàn)有技術的不足，進一步提高了硼酚醛樹脂的力學性能。

為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下：

一種新型碳纖維增強硼酚醛樹脂復合材料，由以下原料制成：硼酚醛樹脂溶液、脫模劑和碳纖維布。其中，硼酚醛樹脂是一種改性酚醛樹脂，在其分子鏈中引入了硼元素，由穩(wěn)定的B-O-鍵代替了酚醛樹脂中不穩(wěn)定的酚羥基。因此，它的抗氧化性能和耐高溫性能都比酚醛樹脂高，熱穩(wěn)定性較好。炭基材料的耐燒蝕性與其在高溫下分解形成炭的能力有直接關系，而硼酚醛樹脂在900℃下的殘?zhí)柯矢哌_70％，它的熱分解起始溫度為428℃，是一種優(yōu)良的耐高溫材料。同時，硼酚醛樹脂中的B-O-是柔性鍵，且鍵能較大，所以其具有較好的韌性和較高的強度，高溫抗分層能力也很強。

其中，所述碳纖維布使用1K碳纖維布，面密度為200g/m²。

其中，所述脫模劑為YP-106脫模劑。