[发明专利]一种杂化酚醛树脂及其合成方法与纤维/杂化酚醛树脂复合材料

说明书

本发明属于耐烧蚀材料技术领域，提供了一种杂化酚醛树脂及其合成方法与纤维/杂化酚醛树脂复合材料。本发明的杂化酚醛树脂以硅氧烷碱金属盐作为碱性催化剂，能够引入低密度硅源，提高了杂化酚醛树脂的韧性。而且，硅氧烷碱金属盐的使用，能够在杂化酚醛树脂中引入硅，当杂化酚醛树脂作为耐烧蚀材料在高温环境下使用时，热解形成陶瓷层，进而提高杂化酚醛树脂耐烧蚀性。实施例表明，本发明的杂化酚醛树脂热失重5％的温度为377℃，热失重10％的温度为530℃，最速热解峰值温度为573℃，1000℃热残留率为71％。利用提供的杂化酚醛树脂制备的纤维/杂化酚醛树脂复合材料具有优异的抗弯强度、剪切强度、线性烧蚀率和质量烧蚀率。

技术领域

本发明涉及耐烧蚀材料技术领域，尤其涉及一种杂化酚醛树脂及其合成方法与纤维/杂化酚醛树脂复合材料。

背景技术

耐烧蚀材料是导弹前缘、尾喷管、药柱绝热层等器部件的关键，其性能的好坏直接影响相关武器装备的发展水平。通常在实际烧蚀过程中，材料表面发生热化学烧蚀、热物理烧蚀以及热机械烧蚀等多种行为耦合，这就要求材料具有优异耐热性和力学强度以及低的烧蚀速率。

热固性酚醛树脂(PR)作为典型的耐烧蚀树脂，其结构中含有大量苯环，耐热性良好；高硅氧纤维和碳纤维增强酚醛树脂复合材料常用于制造弹箭等飞行器的大面积热防护结构。随着航天军工技术的不断进步，提高耐烧蚀材料的性能，提升武器装备的威力势在必行。

钡酚醛、钠酚醛和氨酚醛是传统的PR，是通过酚类物质和醛类物质在氢氧化钡、氢氧化钠或氨水作用下，经聚合得到。传统的PR的残留率良好、生产成本低，在短时烧蚀环境中有较好的应用；但是传统的PR的脆性较大；耐烧蚀性不能满足未来耐烧蚀材料的发展要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种杂化酚醛树脂及其合成方法与纤维/杂化酚醛树脂复合材料。本发明提供的杂化酚醛树脂具有优异的韧性和耐烧蚀性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种杂化酚醛树脂，包括以下制备原料：

碱性催化剂、酚类化合物和醛类化合物；

所述碱性催化剂为硅氧烷碱金属盐；

所述硅氧烷碱金属盐为碱金属氢氧化物催化硅氧烷水解得到或碱金属氢氧化物催化硅氧烷水解缩合得到。

优选地，所述碱金属氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种；

所述硅氧烷的分子结构式为R¹R²R³SiX；

所述R¹R²R³SiX中的X为烷氧基，所述烷氧基包括甲氧基或乙氧基；

所述R¹R²R³SiX中的R¹、R²和R³独立地为甲氧基、乙氧基、甲基、乙基、丙基、乙烯基、烯丙基、丁基、苯基、氨苯基、戊基、己基、庚基、辛基、环氧环己基乙基、甲基丙烯酰氧基丙基、丙烯酰氧基丙基、氨丙基、环氧丙氧基丙基、巯丙基、N-苯氨丙基、二甲基硅氧基、环氧丙氧基叔丁基二甲基或三氟丙基。

优选地，所述碱金属氢氧化物和硅氧烷的摩尔比为(0.1～4)：1。

优选地，所述硅氧烷碱金属盐包括七苯基三硅醇钠盐笼型倍半硅氧烷和/或八苯基环四硅氧烷四硅醇钠盐笼型倍半硅氧烷。

优选地，所述碱性催化剂的质量为酚类化合物质量的1～8％。

优选地，所述制备原料中还包括改性剂；所述改性剂包括硼酸及其衍生物。