一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料的制备方法，所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，3～20份纤维，5～20份白炭黑，5～80份气源物质，2～10份固化剂，0.2～2份催化剂。本发明专利技术制备的柔性耐烧蚀复合材料具有优异的耐热、耐烧蚀性能以及好的隔热性能，可用于制备具备耐热抗烧蚀性能要求的烧蚀防热材料及制件，应用于航空航天飞行器及相关设备装置中需经受高温燃气以及气动热流冲刷等恶劣环境的结构和部件的防护和密封。

Preparation of a Flexible Ablation Resistant Composite with Micro-Foamed Carbon Layer from Gas Source

The invention provides a preparation method of a flexible ablation resistant composite material with a gas source micro-foamed carbon layer. The flexible ablation resistant composite material is prepared from 100 parts of silicone rubber, 3-20 parts of fibers, 5-20 parts of white carbon black, 5-80 parts of gas source material, 2-10 parts of curing agent and 0.2-2 parts of catalyst. The flexible ablation resistant composite material prepared by the invention has excellent heat resistance, ablation resistance and good heat insulation performance, and can be used to prepare ablation heat resistant materials and parts with heat resistance and ablation resistance requirements. It can be applied to the protection and sealing of structures and components of aerospace vehicles and related equipment which need to withstand high temperature gas and aerodynamic heat flow erosion.

【技术实现步骤摘要】
一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料的制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料的制备方法。
技术介绍
耐烧蚀材料在燃气冲刷的条件下，发生一系列物理化学反应，如热解吸热、热解气体的质量引射效应、表面炭层的再辐射等，能起到带走大量热量、降低受保护材料温度、阻止材料进一步烧蚀破坏的作用，烧蚀防热材料在航天飞行器中具有不可替代的关键作用。随着航空航天飞行器向着速度更快、机动性更强、结构更复杂方向发展，传统的刚性防热抗烧蚀材料无法完全满足应用要求，柔性抗烧蚀材料发挥着越来越重要的作用，在一些动态和复杂连接结构的热防护及密封，以及大形变和热应力匹配中也扮演着越来越重要的角色，但常规柔性材料耐烧蚀性能差。随着航空航天技术的进一步发展，开发具有优异耐热、耐烧蚀和抗冲刷等性能的柔性热防护材料具有十分重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料的制备方法，所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，3～20份纤维，5～20份白炭黑，5～80份气源物质，2～10份固化剂，0.2～2份催化剂。进一步地，所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，12份纤维，15份白炭黑，30～60份气源物质，3份固化剂，0.2份催化剂。进一步地，所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，12份纤维，15份白炭黑，60份气源物质，3份固化剂，0.2份催化剂。进一步地，所述硅橡胶为环氧树脂改性的室温硫化液体硅橡胶。进一步地，所述环氧树脂改性的室温硫化液体硅橡胶的制备方法如下：(1)取等摩尔计量配比的环氧树脂和有机硅中间体，氮气条件下升温至105℃～155℃并搅拌，搅拌均匀后滴入0.1wt.％～0.9wt.％的钛酸四异丙酯，搅拌反应5～12小时，得反应产物；(2)在100份液体硅橡胶基体中，加入10～40份上述反应产物，在100℃下混合均匀，待冷却后，即得。进一步地，步骤(1)中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述有机硅中间体为聚甲基苯基硅氧烷；和/或，步骤(1)中，所述钛酸四异丙酯的用量为有机硅中间体重量的0.1～0.9％；和/或，步骤(1)中，所述搅拌的转速为400～1000r/min。进一步地，所述纤维为芳纶纤维、PBO纤维、石英纤维或碳纤维；所述气源物质为硼酸铵、双氰胺、三聚氰胺、聚磷酸铵或双氰胺甲醛树脂；所述固化剂为硅烷偶联剂；所述催化剂为有机锡化合物。进一步地，所述纤维为石英纤维；所述气源物质为硼酸铵。进一步地，所述制备方法包括如下步骤：(a)按前述的重量配比称取各原料，(b)将白炭黑逐步少量的加入硅橡胶中，混合均匀，得硅橡胶白炭黑混合物；再将纤维、气源物质和固化剂依次逐步加入硅橡胶白炭黑混合物中，混合均匀；最后加入催化剂混合1～5min，混合均匀，得混合均匀的原料；(c)将混合均匀的原料置入模具中，硫化，脱模取样，室温放置一周使其完全固化，即得。进一步地，所述步骤(b)中，逐步少量加入是分批少量的逐步添加；和/或，所述步骤(b)中，依次逐步加入是指每加一样组分混合均匀后再加入另一样组分；和/或，所述步骤(c)中，硫化为在平板硫化机中硫化8～36小时，硫化温度为室温，硫化压强为5～15MPa。本专利技术中气源物质也叫发泡源，是含氮化合物，如尿素、三聚氰胺、聚磷酸铵等，气源物质产生的气体使熔融态的体系膨胀发泡，继而形成多孔碳层。本专利技术制备的柔性耐烧蚀复合材料具有优异的耐热、耐烧蚀性能以及好的隔热性能，可用于制备具备耐热抗烧蚀性能要求的烧蚀防热材料及制件，应用于航空航天飞行器及相关设备装置中需经受高温燃气以及气动热流冲刷等恶劣环境的结构和部件的防护和密封。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。附图说明图1为在氮气条件下，不同柔性耐烧蚀复合材料热重分析的热失重曲线(TGA曲线)。图2为在氮气条件下，不同柔性耐烧蚀复合材料热重分析的DTG曲线。图3为不同柔性耐烧蚀复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率。图4为不同柔性耐烧蚀复合材料的碳层截面的SEM图。图5为不同柔性耐烧蚀复合材料烧蚀后碳层的XRD分析图。图6为不同柔性耐烧蚀复合材料的热导率结果。图7为不同柔性耐烧蚀复合材料的最大背板温度。具体实施方式实施例1～4、本专利技术柔性耐烧蚀复合材料的制备1、原料配比表1本专利技术实施例1～4的原料配比原料(份)实施例1实施例2实施例3实施例4硅橡胶100100100100石英纤维12121212白炭黑15151515硼酸铵30405060固化剂3333催化剂0.20.20.20.2表1中，硅橡胶为环氧树脂改性的室温硫化液体硅橡胶，其制备方法如下：向装有搅拌器的三口烧瓶中加入等摩尔计量配比的双酚A型环氧树脂和有机硅中间体聚甲基苯基硅氧烷，通入氮气后，开动搅拌装置并升温至105℃～155℃，待二者混合均匀后，再滴入0.1wt.％～0.9wt.％的钛酸四异丙酯(TPT)，TPT的用量为有机硅中间体重量的0.1～0.9％，转速控制在400～1000r/min，反应5～12小时后停止搅拌，将反应产物(PES)取出待用。向每100份液体硅橡胶基体中，加入10～40份预聚体PES在100℃下混合均匀，待冷却后，即得硅橡胶。表1中，固化剂为硅烷偶联剂，催化剂为有机锡化合物。2、制备方法按重量配比称取各原料，将白炭黑逐步少量(分批少量的逐步添加)的加入硅橡胶中，机械搅拌至大体均匀；然后用三辊研磨机混合一定时间，使白炭黑均匀分散在硅橡胶中；将相应配比的石英纤维、硼酸铵和固化剂依次逐步(每加一样组分混合均匀后再加入另一样组分)加入硅橡胶白炭黑混合物中，用实验室微型捏合机混合一定时间使其混合均匀，最后加入相应含量的催化剂混合1～5分钟，将混合物置入模具中，在平板硫化机中硫化8～36小时(室温，5～15MPa)脱模取样，室温放置一周使其完全固化，即得。3、实施例1～4柔性耐烧蚀复合材料的制备根据表1所示的原料配比，并利用实施例中“2”所述的制备方法，制备实施例1～4的柔性耐烧蚀复合材料，根据硼酸铵的含量分别命名为S30、S40、S50和S60。对比例1、复合材料的制备1、原料配比硅橡胶100份，石英纤维12份，白炭黑15份，固化剂3份，催化剂0.2份。其中，硅橡胶、石英纤维、白炭黑、固化剂和催化剂的种类与实施例相同。2、制备方法与实施例的制备方法相同：按上述配比称取各原料，将白炭黑逐步少量(分批少量的逐步添加)的加入硅橡胶中，机械搅拌至大体均匀；然后用三辊研磨机混合一定时间，使白炭黑均匀分散在硅橡胶中；将相应配比的石英纤维、固化剂依次逐步(每加一样组分混合均匀后再加入另一样组分)加入硅橡胶白炭黑混合物中，用实验室微型捏合机混合一定时间使其混合均匀，最后加入相应含量的催化剂混合1～5分钟，将混合物置入模具中，在平板硫化机中硫化8～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料的制备方法，其特征在于：所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，3～20份纤维，5～20份白炭黑，5～80份气源物质，2～10份固化剂，0.2～2份催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料的制备方法，其特征在于：所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，3～20份纤维，5～20份白炭黑，5～80份气源物质，2～10份固化剂，0.2～2份催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，12份纤维，15份白炭黑，30～60份气源物质，3份固化剂，0.2份催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述柔性耐烧蚀复合材料是由以下重量配比的原料制备而成：100份硅橡胶，12份纤维，15份白炭黑，60份气源物质，3份固化剂，0.2份催化剂。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于：所述硅橡胶为环氧树脂改性的室温硫化液体硅橡胶。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂改性的室温硫化液体硅橡胶的制备方法如下：(1)取等摩尔计量配比的环氧树脂和有机硅中间体，氮气条件下升温至105℃～155℃并搅拌，搅拌均匀后滴入0.1wt.％～0.9wt.％的钛酸四异丙酯，搅拌反应5～12小时，得反应产物；(2)在100份液体硅橡胶基体中，加入10～40份上述反应产物，在100℃下混合均匀，待冷却后，即得。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹华维，闫丽伟，梁梅，陈洋，周成，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51