[發明專利]一種低密度耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310410897.4
• 申請日: 2023-04-18
• 公開（公告）號: CN116535811A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 高祿生;易江洲;曹備
• 申請（專利權）人: 湖南恒緣新材科技股份有限公司
• 主分類號: C08L61/14
• 分類號: C08L61/14;C08K7/06;C08K3/34;C08K3/38
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本發明公開的一種低密度耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料，由改性酚醛樹脂為基材，耐燒蝕填料提高耐燒蝕性，高強碳纖維為補強纖維，模壓成型，所述酚醛樹脂基碳纖維復合材料由改性酚醛樹脂、耐燒蝕填料和碳纖維制備而成；改性酚醛樹脂由硼酸酚酯、醛類和腰果酚制備而成；硼酸酚酯由苯酚類、硼酸、帶水劑、催化劑制備而成。本發明還公開了該低密度耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料的制備方法。本發明具有低比重、較好的機械性能，(剪切強度能達到190Mpa以上，拉伸強度在100Mpa以上)、優良的線性燒蝕率(在0.1mm/s以下)。

技術領域

本發明屬于耐燒蝕聚合物基復合材料技術領域，特別涉及到一種低密度耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

火箭、衛星、飛船和航天飛機等在進入稠密的大氣層時，受到高速高溫流體的沖刷，表面材料出現流失和剝蝕情況，即為燒蝕現象。為克服燒蝕作用對飛行器表面的影響，通常在表面加上熱防護材料使發動機正常工作。現在熱防護材料根據組分相材料的不同，主要可分為三類：金屬和陶瓷基防熱材料、碳基防熱材料和聚合物基防熱材料。由于聚合物基防熱材料具有低密度、低成本、高強度、高模量、防熱/隔熱機能，廣泛應用于飛行器進入大氣層的防熱層以及火箭發動機喉襯區域等。

酚醛樹脂是三大合成樹脂之一，一般通過酚和醛縮聚反應制備，耐高溫性是酚醛樹脂的典型特征，它被應用在各種耐高溫領域中，如燒蝕、阻燃、摩擦、高溫膠黏劑等。

纖維作為增強相是酚醛樹脂基燒蝕材料的必要成分，往樹脂中添加纖維制備復合材料不僅可以提高材料機械強度，同時可以提升燒蝕材料的抗沖刷能力以及熱性能，從而提升抗燒蝕能力。

為了達到減輕重量，降低制造成本、提高耐燒蝕復合材料性能的目標，可以預見，低燒蝕、輕質、低成本的酚醛基復合材料將會在耐燒蝕、防熱材料的應用領域扮演著越來越重要的角色

現在普通的樹脂基熱防護材料，面對日益嚴苛的飛行熱環境、強沖刷力，往往起不到很好的保護效果，耐燒蝕性和機械性不能統一。面對高熱流、高沖刷的環境下，要么燒蝕過快，為了保護內部元件，只能提高熱防護材料的厚度，這樣又違背了飛行器減重的理念；要么為提高耐燒蝕性，過多的加入一些阻燃填料，導致復合材料過脆，強沖刷力作用下，出現開裂，崩邊的情況，同時阻燃填料的加入，又顯著提高了該復合材料的比重。

受限于上述問題，基于分子設計，急需開發出一種性能優良的復合材料，具有低比重、優良的耐燒蝕性和較好的機械性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一在于針對普通的樹脂基熱防護材料所存在的上述技術問題而提供一種低密度耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料，其對酚醛樹脂進行改性，并與耐燒蝕填料、高強碳纖維復配混合，模壓出一種低密度、耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料，具有低比重、優良的耐燒蝕性和較好的機械性能。

本發明所要解決的技術問題之二在于提供低密度耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料的制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明的低密度耐燒蝕酚醛樹脂基碳纖維復合材料，其特征在于，由改性酚醛樹脂為基材，耐燒蝕填料提高耐燒蝕性，高強碳纖維為補強纖維，模壓成型，所述酚醛樹脂基碳纖維復合材料按質量份數計為如下

改性酚醛樹脂：40-60份；

耐燒蝕填料：10-20份；

碳纖維：30-50份；

其中，所述改性酚醛樹脂成分按質量份數計為如下：

硼酸酚酯：25-35份；

醛類：40-60份；

腰果酚：25-35份。

所述硼酸酚酯成分按質量份數計為如下：

苯酚類：30-50份；