[发明专利]酚醛树脂浸渍玻璃纤维复合材料的一种制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐高温热防护材料领域，涉及一种低密度酚醛树脂浸渍玻璃纤维复合材料的制备方法。

背景技术

航天器返回地球时，会以一超高的速度进入大气层，动能转化为热能，通过激波辐射和流传热，使航天器表面温度急剧升高。航天器在再入过程中需要承受几千摄氏度的高温。为保证航天器的顺利返回，必须采取有效的热防护措施。

目前研究的碳化型轻质热防护材料一般以酚醛树脂为基体，其成本低廉，耐热性能和耐冲刷性能良好，具有突出的瞬时耐高温性能。但是以其做基体的酚醛树脂浸渍材料的密度较高，如酚醛-石英复合材料的平均密度为0.55g/cm³。这一密度无法满足现代航天领域对低密度、高性能的要求，本发明所涉及的酚醛树脂浸渍玻璃纤维复合材料密度低，能够为飞行器热防护提供轻质复合材料。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对酚醛树脂复合材料密度大，高温环境易被氧化等问题，提出一种降低酚醛树脂复合材料密度，增强耐热性能的方法。

本发明的设计思想是通过表面处理增加玻璃纤维和酚醛树脂的粘结效果，通过硼化锆涂层增强抗氧化性能。商品化的玻璃纤维表面一般具有一层由复合组份组成的胶料，具有抗摩擦、抗老化等作用，但是不利于树脂与纤维表面的粘接，本发明通过热处理+酸刻蚀+偶联剂处理，使表面胶料氧化，并增大玻璃纤维与树脂的粘结力，改善复合材料的界面性能。硼化锆高温下的形成热防护性能与机械性能均稳定的氧化产物膜，其拥有固液两相。固相形成骨架，液相封闭复合材料表面气孔，阻止气体的流动进而阻止进一步氧化，提高抗氧化性能。

本发明表面处理的步骤如下：(1)利用热处理即利用高温使玻璃纤维表面的原有胶料氧化分解；(2)利用一定浓度的稀盐酸对玻璃纤维进行氧化刻蚀处理；(3)利用一定质量分数的硅烷偶联剂KH-560进行处理。

本发明提供酚醛树脂浸渍玻璃纤维材料的制备方法，其制备方法有以下步骤：

(1)对玻璃纤维三维编织体进行表面处理；

(2)将一定量的硼化锆添加到一定质量浓度的硼改性酚醛树脂醇溶液中，然后把经过表面处理的玻璃纤维三维编织体浸入该溶液，浸没体积的1/2，采用真空浸渍工艺，制得半预成型体；

(3)将制得的半预成型体放入马弗炉中固化成型，制得初品；

(4)将初品未浸渍部分浸入一定质量浓度的硼改性酚醛树脂醇溶液中，采用真空浸渍、固化方式，制得所需密度的酚醛树脂浸渍玻璃纤维复合材料成品。

本发明制得的复合材料密度低至0.25～0.4g/cm3，具有较好的抗氧化性能，适用于耐高温表面热防护领域。

附图说明

附图为本发明制备工艺流程图

具体实施方式

首先对原材料玻璃纤维三维编织体进行预处理，具体步骤如下：

(1)热处理：将玻璃纤维三维编织体放入马弗炉中，处理温度为350℃，处理时间为30分钟；然后将经过热处理的玻璃纤维在肥皂水中超声清理40分钟，并用蒸馏水清洗，完全去除玻璃纤维经热处理后表面残留的胶料氧化物；最后放入鼓风干燥箱中80℃烘干。

(2)酸刻蚀处理：将玻璃纤维三维编织体放入质量分数为20％的稀盐酸中，常温处理，处理时间为4小时；然后将经过酸刻蚀处理的玻璃纤维在肥皂水中超声清理40分钟，并用蒸馏水清洗；最后放入鼓风干燥箱中80℃烘干。

(3)偶联剂处理：将玻璃纤维三维编织体放入质量分数为3％的KH-560偶联剂溶液中，常温处理，处理时间为30分钟，然后放入鼓风干燥箱中80℃烘干。

然后以经过表面处理的玻璃纤维三维编织体作为增强体，采用真空浸渍工艺，制得酚醛树脂浸渍玻璃纤维复合材料。具体步骤如下：

(1)真空浸渍：将玻璃纤维三维编织体放入硼化锆质量分数为9％、酚醛质量分数为25％溶液中，浸没体积的1/2，置于真空鼓风干燥箱中，利用真空泵抽取箱内空气直至溶液无气泡产生，维持真空条件，常温浸渍2小时；

(2)干燥：将浸渍完成的玻璃纤维三维编织体放入鼓风干燥箱中，80℃下干燥24小时。

(3)固化：将干燥好的玻璃纤维放入马弗炉中，120℃下固化1小时，然后150℃下固化3.5小时，最后随炉冷却，得到初品。

(4)将初品未浸渍部分浸入一定质量浓度的硼改性酚醛树脂醇溶液中，采用真空浸渍、固化方式，制得所需密度的酚醛树脂浸渍玻璃纤维复合材料成品。

除非另有说明，否则本专利涉及的数值范围包括端值及两端值(即上下界限)之间的任意值。

通过实施例方式对本发明做进一步说明，用于解释本发明的主要创新点，但实施方式不得用于解释对本发明保护范围的限制。