[发明专利]生产热固性酚醛树脂基复合材料的方法

说明书

本发明提供了生产热固性酚醛树脂基复合材料的方法，使用真空导入工艺，采用热固性酚醛树脂作为树脂基体，所述热固性酚醛树脂含有不高于重量比25％的有机溶剂，且导入温度下粘度小于300mPa.s；树脂固化时不添加酸性固化剂且采用梯次温度加热固化，导入温度为15～70℃，最高段固化温度为110～140℃。本发明生产工艺简单，投入少，成本低，适用范围广泛，制备的复合材料孔隙率低，性能优异。

技术领域

本发明属于酚醛树脂基复合材料生产技术领域，涉及生产热固性酚醛树脂基复合材料的方法。

背景技术

酚醛树脂是世界上最早发明的人工合成高分子聚合物。1905～1909年L.H.贝克兰对酚醛树脂及其成型工艺进行了系统的研究，1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司，实现了工业生产。酚醛树脂基复合材料也具有悠久的历史，广泛应用于防火、阻燃、绝缘、耐烧蚀等领域。

酚醛树脂分为热固性和热塑性两大类，其中用于连续纤维增强复合材料的，主要是热固性酚醛树脂。热固性酚醛树脂，主要有两种固化方式。一种是直接加热固化，另外一种是加入酸性固化剂后，在较低温度下固化。

热固性酚醛树脂本身具有较高的分子量，常温下为固体或半固体状态。通常，为了施工方便，会使用乙醇、丙酮、异丙醇等溶剂对酚醛树脂进行稀释，成为液体。制备复合材料时，一般可以采用以下两种方法：

1.先用含有溶剂的酚醛树脂液体，浸渍玻璃纤维、碳纤维等增强材料，然后自然晾干或烘干制成预浸料。第二步再将预浸料铺覆到模具中，使用热压罐或模压成型工艺，在较高温度下(一般大于150℃)使树脂固化，制成复合材料。这种方法制成的复合材料几乎不含有溶剂，含水量也很低，具有孔隙率低，力学性能好，耐烧蚀，残碳率高的特点。但是，这种方法工艺过程复杂，设备和模具投入较大，限制了其使用场景。特别是超过了液压机和热压罐尺寸限制的大型复合材料制品，无法使用这种方法制造。

2.在含有溶剂的酚醛树脂液体中，加入酸性固化剂，然后浸渍玻璃纤维、碳纤维等增强材料，铺覆到模具上，使其在较低温度下固化(100℃以内)。使用这种方法制备的复合材料，含有大量未挥发的溶剂和水，孔隙率高、力学性能也较差。

另外，在某些不计成本的领域，还有一些使用特殊的酚醛树脂，通过RTM工艺制备复合材料。例如，中国专利CN101417516就公开了一种使用两套RTM注射系统同时注射环氧树脂和酚醛树脂生产航空航天结构件的方法。中国专利CN101080313公开了一种使用树脂传递模塑工艺制备低孔隙率酚醛树脂基复合材料的方法，其实质为热压罐工艺的一种变形，其产品尺寸受加压罐大小的限制；成型压力也较高，为1.0～2.5MPa。中国专利CN108407336公开了一种使用RTM工艺制备用于高速飞行器、航天器的立体织物增强酚醛树脂基复合材料的方法，主要特征是采用敞口排气的方法，排出酚醛树脂固化时产生的水。中国专利CN104760303公开了一种使用改进的VARTM工艺制备固体火箭发动机绝热扩散段的方法，主要特征是使用了可膨胀硅胶软模。其使用的树脂为北京玻钢院复合材料有限公司生产的RTM钡酚醛树脂，具有高固含(90.92％)的特点，80℃下粘度为255mPa.s。

真空导入工艺是连续纤维增强复合材料常用的一种成型工艺，采用真空将树脂抽进模具和真空袋之间的空间，对纤维浸润，固化后得到复合材料。真空导入工艺一般使用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂，将酚醛树脂用于真空导入工艺未见报道。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了生产热固性酚醛树脂基复合材料的方法，生产工艺简单，投入少，成本低，适用范围广泛，制备的复合材料孔隙率低。

为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：