[发明专利]树脂基复合材料防热氧老化结构及其制备方法

说明书

本发明涉及树脂基复合材料防热氧老化结构及其成型方法，包括树脂基复合材料和防热氧老化膜层；所述树脂基复合材料和防热氧老化膜层均具有结合面，所述防热氧老化膜层的结合面与所述树脂基复合材料的结合面贴合固化为一体；所述防热氧老化模层为聚酰亚胺膜层；所述防热氧老化膜层的结合面经过粗糙化处理。本发明使用的热氧防护聚酰亚胺膜，具有一定的强度和韧性，具有优异的热氧稳定性，可以有效阻止空气中的氧气功能树脂基体接触，从而降低复合材料老化速率。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及树脂基复合材料防热氧老化结构及其制备方法。

背景技术

树脂基复合材料因其比强度高、比模量高、抗疲劳性能好，在航空航天领域得到了广泛应用。目前树脂基复合材料在航空领域主要用于飞机机身结构件，使用温度一般不超过200℃，多使用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂。与飞机结构材料相比，航空发动机对材料的耐温性要求更高，目前用于航空发动机冷端部件的树脂基复合材料耐温等级一般需要达到200℃以上，部分零部件使用温度达到300℃以上或更高。

与航天不同，航空发动机不仅要求材料具有较好的高温性能，还要求材料长期高温使用过程中具有良好的力学性能保持率，即具有较长的使用寿命，以达到航空发动机要求的安全性和稳定性。热老化是树脂基复合材料在航空发动机上应用时难以避免的问题，热老化会导致树脂分解、复合材料力学性能降低，从而引起材料失效。

复合材料热老化主要是在高温环境中，树脂基体被空气中的氧气氧化分解，在材料表面形成微裂纹，空气进一步进入材料内部，从而加速树脂分解，导致材料力学性能降低。高温和氧气是引起复合材料热老化的两个主要因素。

解决复合材料热老化问题可以从多方面入手，一方面可以提高树脂基体的耐热性，如使用耐温等级更高的聚酰亚胺树脂，这种方法可以从根本上解决热老化问题，但是聚酰亚胺复合材料成型难度大、缺陷多，且成本更高。另一方面可以通过热防护方法提高材料热稳定性，如使用低导热率陶瓷热障涂层，热障涂层可以在一定程度上阻止热量向复合材料传递，降低复合材料温度，从而减缓复合材料热老化，但是陶瓷热障涂层成型工艺复杂，成本高，而且由于陶瓷的脆性，在机械加工和装配过程中可能会使涂层破坏。

发明内容

本发明的目的是：解决树脂基材料在高温环境中的易于氧化、使用寿命低、力学性能下降快、热失重高的技术问题。特别是，本发明的技术方案能够将树脂基复合材料的长期使用温度在原有基础上提高30℃～50℃，或将其使用寿命在原有基础上提高20％～80％，并且能够保持复合材料结构完整，不出现分层，保证复合材料保持较高的力学性能。

本发明的技术方案是：

本发明提供的树脂基复合材料防热氧老化结构，包括树脂基复合材料和防热氧老化膜层；所述树脂基复合材料和防热氧老化膜层均具有结合面，所述防热氧老化膜层的结合面与所述树脂基复合材料的结合面贴合固化为一体；所述防热氧老化模层为聚酰亚胺膜层；所述防热氧老化膜层的结合面经过粗糙化处理。

进一步的，所述聚酰亚胺膜层的厚度为25微米～75微米。

进一步的，所述聚酰亚胺膜的断裂延伸率大于70％。

进一步的，所述聚酰亚胺膜的拉伸强度大于200MPa。

进一步的，所述聚酰亚胺膜在氮气中的失重5％温度高于550℃。要求聚酰亚胺膜有较高的热稳定性。

进一步的，所述粗糙化处理为超临界CO₂喷淋处理。

进一步的，所述树脂基复合材料为环氧树脂基复合材料或双马来酰亚胺树脂基复合材料。

进一步的，所述树脂基复合材料的增强材料为碳纤维或玻璃纤维。

进一步的，所述树脂基复合材料的树脂基体在室温至80℃范围内具有粘性。