[發明專利]一種含表層原位自生抗燒蝕層的納米孔樹脂基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202211236111.3
• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN115477824A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 龍東輝;賀耀;牛波;張亞運;曹宇;蘇哲
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08K7/10;C08K3/34;C04B35/571;C04B35/58;C04B35/589;C04B35/80
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 姚鴻俊

本發明涉及一種含表層原位自生抗燒蝕層的納米孔樹脂基復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：陶瓷前驅體溶液制備；纖維氈的表層預處理；振蕩燒結，將陶瓷前驅體原位轉化為抗燒蝕陶瓷層；樹脂溶液的配制；低壓浸漬；溶膠?凝膠反應；常壓干燥，得到含表層原位自生抗燒蝕層的納米孔樹脂基復合材料。與無保護層的復合材料相比，有保護層的復合材料燒蝕率明顯下降，且力學性能也有所有提升，表明該抗燒蝕層可以有效提高納米孔樹脂基復合材料抗燒蝕能力，提高了該材料在極端環境下的可靠性，在熱防護領域具有廣闊的應用前景。與現有的涂層制備方法相比，本發明具有工藝簡單、成本低、效率高且安全有效等優點。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，具體涉及一種含表層原位自生抗燒蝕層的納米孔樹脂基復合材料的制備方法。

背景技術

航天飛行器再入/進入大氣層時產生嚴重的氣動加熱，熱防護系統是確保飛行器正常工作所必須的關鍵子系統之一，而防熱材料是熱防護系統中至關重要的部分。隨著新一代防空反導反臨、高超音速空空導彈的快速發展，彈體將承受更加嚴酷的長時間強氧化和高動壓高過載沖擊，熱防護材料成為型號研制的關鍵技術瓶頸。傳統的燒蝕防熱材料因在現有熱環境條件下無法充分發揮材料燒蝕吸熱的優勢，而且由于材料的熱導率和密度偏大，不具備防隔熱一體化功能，采用這些材料的防熱設計會使飛行器的結構過于笨重。因此，研制低密度、低成本、超長時間低微燒蝕、長效隔熱的材料，是當前高超聲速技術領域的一項重要任務。

納米孔樹脂基復合材料是一種以纖維為預制體，以酚醛樹脂為基體的一種低密度、防隔熱一體化復合材料，在熱防護領域具有重要應用。然而其低密度特征帶來的副作用在于當材料處于高熱流-低焓-高剪切環境下，表層樹脂熱解后產生碳層為多孔松散結構，易被機械剝蝕而無法為內層基體提供保護，尤其在長時間加熱后的末端再入過程，氣流剪切劇增，材料表層剝蝕現象更加嚴重。采用涂層法直接保護材料燒蝕面是最直接有效的方法，但是對于燒蝕防熱材料，傳統的涂層方法工藝復雜，成本較高，并且由于涂層與基體的熱匹配性能通常較差，涂層容易高溫失效。而采用纖維預制體整體浸漬陶瓷前驅體進行抗燒蝕改性則會顯著提高材料密度和熱導率，影響材料的隔熱性能。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷中的至少一個而提供一種有效提高納米孔樹脂基復合材料在彈道環境中的耐燒蝕和抗沖刷性能的含表層原位自生抗燒蝕層的納米孔樹脂基復合材料的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種含表層原位自生抗燒蝕層的納米孔樹脂基復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

陶瓷前驅體溶液制備：將陶瓷前驅體溶解于非極性溶劑，得到陶瓷前驅體溶液；

纖維氈的表層預處理：將陶瓷前驅體溶液在纖維氈的表層均勻噴涂，隨后干燥、固化；

振蕩燒結：將預處理后的纖維氈放入炭化爐中，在惰性氣氛下進行燒結，將陶瓷前驅體原位轉化為抗燒蝕陶瓷層；

樹脂溶液的配制：通過極性溶劑溶解樹脂并加入固化劑，得到樹脂溶液；

低壓浸漬：將振蕩燒結后的纖維氈置于模具中，將樹脂溶液完全浸漬纖維氈；

溶膠-凝膠反應：將模具密封，進行溶膠-凝膠反應，反應結束后冷卻至室溫，得到復合材料；

常壓干燥：將模具打開，然后將復合材料置于常壓環境下干燥，得到含表層原位自生抗燒蝕層的納米孔樹脂基復合材料。

進一步地，所述的陶瓷前驅體包括聚碳硅烷、聚硅硼氮烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷、金屬聚硅碳烷中的一種或者多種，所述的非極性溶劑包括正己烷、正庚烷、環己烷或甲苯中的一種或者多種。

進一步地，所述的陶瓷前驅體溶液中陶瓷前驅體的質量分數為25-100wt％，非極性溶劑的質量分數為0-75wt％。