一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：对石英纤维进行热处理后进行表面刻蚀，使其表面出现均匀一致的凹坑及空隙；对刻蚀后的石英纤维进行表面接枝，得到表面改性石英纤维；以四氢呋喃为溶剂，配制氰酸酯溶液；将表面改性石英纤维浸入到氰酸酯溶液中，得到改性石英纤维/氰酸酯共混液；将改性石英纤维/氰酸酯共混液烘干去除四氢呋喃溶剂，然后经过叠层、热压成型，制备改性石英纤维/氰酸酯复合材料。本发明专利技术制备的改性石英纤维/氰酸酯复合材料耐热性好、强度高，石英纤维与氰酸酯基体间的界面剪切强度高，具有优良的力学性能和介电性能，广泛应用于航空、航天、电子等科技领域。

A Modified Quartz Fiber/Cyanate Ester Composite Material, Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料、制备方法及应用
本专利技术属于复合材料制备
，尤其涉及一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
氰酸酯树脂(CE)是主链中含有-OCN基团的一类聚合物，具有优良的耐热性、耐烧蚀防热性及突出的介电性能，但其力学性能较差不能满足作为载体的要求，限制了其在航空、航天、电子科技等领域的应用。为了提高CE树脂的力学性能，常采用增强体对氰酸酯树脂进行力学增强。石英纤维具有质轻、热导率高及优异的导电和力学性能，是最常用的增强体材料。黑龙江石化院研制出中温固化氰酸酯树脂J-284PD，近些年提供多个批次的试验用树脂，用于和石英纤维复合制备改性石英纤维/氰酸酯复合材料，相对氰酸酯，其力学性能明显得到增强。但氰酸酯树脂与石英纤维复合时，由于氰酸酯树脂极性弱，氰酸酯树脂与石英纤维表面能不匹配，同时石英纤维在拉制过程中为了提高制成率，纤维表面施加了浸润剂，以及石英纤维的比表面积大，在空气中容易吸收水分而使纤维表面含有大量水，导致氰酸酯/石英纤维复合材料中氰酸酯与石英纤维之间界面的粘结性较差，界面剪切强度(ILSS)值不高。同时由于氰酸酯分子结构刚性强，氰酸酯树脂的韧性不佳，氰酸酯/石英纤维复合材料脆性较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：现有氰酸酯/石英纤维复合材料界面剪切强度值低，提供了一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料、制备方法及应用。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对石英纤维进行热处理，除去其表面杂质；(2)对除杂后的石英纤维进行表面刻蚀，使其表面出现均匀一致的凹坑及空隙；(3)对刻蚀后的石英纤维进行表面接枝，得到表面改性石英纤维；(4)以四氢呋喃为溶剂，配制质量浓度为0.5％的氰酸酯溶液；(5)将表面改性石英纤维浸入到氰酸酯溶液中，得到改性石英纤维/氰酸酯共混液；(6)将改性石英纤维/氰酸酯共混液烘干去除四氢呋喃溶剂，然后经过叠层、热压成型，制备改性石英纤维/氰酸酯复合材料。所述步骤(1)中热处理的工艺为：(11)对所述的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度为250℃，升温速度为15℃/min，，保温时间为4～5h；(12)对步骤(11)烧结处理的石英纤维使用体积比1:1的丙酮、乙醇混合液进行浸泡，浸泡温度为50～70℃，浸泡时间为60～120min，然后取出于75～85℃下真空干燥，干燥20小时；(13)对步骤(12)浸泡处理的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度350℃，烧结升温速度为15℃/min，保温2～3h；(14)对步骤(13)烧结处理的石英纤维使用丙酮、乙醇混合液浸泡，浸泡工艺与步骤(12)相同；(15)对步骤(14)浸泡处理的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度450℃，烧结升温速度为15℃/min，保温1～2h；(16)对步骤(15)烧结处理的石英纤维使用丙酮、乙醇混合液浸泡，浸泡工艺与步骤(12)相同；(17)对步骤(16)浸泡处理的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度550℃，烧结升温速度为15℃/min，保温1～2h；(18)对步骤(17)烧结处理的石英纤维使用丙酮、乙醇混合液浸泡，浸泡工艺与步骤(12)相同。所述步骤(2)中表面刻蚀的工艺为：(21)配制H2SO4：HF混合溶液，所述的H2SO4的质量浓度为98％，HF的质量浓度为15％所述的H2SO4与HF的体积比为5～10:1。(22)将表面除杂后的石英纤维放入H2SO4：HF混合溶液，置入油浴中，110～115℃下保温1～2h，取出石英纤维，洗至中性，120℃下烘燥3h，冷却并干燥保存，得到表面凹坑和空隙均匀一致的石英纤维。所述步骤(3)接枝的工艺步骤为：(31)将所述的表面有凹坑和空隙的石英纤维60～80℃烘燥1～2h；(32)以四氢呋喃为溶剂溶解有机硅烷偶联剂，配制有机硅烷偶联剂溶液，滴加醋酸至pH为4.5～5.5；(33)将烘燥后的石英纤维放入硅烷偶联剂溶液中，浸泡40～60min；(34)将浸泡后的石英纤维取出，于120℃下烘燥60～90min，冷却并干燥保存，得到改性的石英纤维；所述的有机硅烷偶联剂与经过步骤(31)处理的石英纤维的质量百分比为0.8～4.8％。所述步骤(6)中热压成型工艺为：先将模具在150℃下预热30min，将胶布在100℃下预热5min，然后将烘干的石英纤维/氰酸酯共混树脂放入模具中并用胶布固定，在2/3MPa条件下以10℃/min的速率升温，当流出材料呈凝胶无法拉丝时，加至全压2MPa保持2h，再以10℃/min的升温速率升至210℃恒温2MPa保持2h，再以10℃/min的升温速率升至250℃恒温2MPa保持4h，最后在2MPa压力下自然冷却到室温，泄压取出改性石英纤维/氰酸酯复合材料。所述的步骤(5)中氰酸酯溶液中的氰酸酯与石英纤维的质量比为40:60。所述的石英纤维长度为1.2～1.5cm，直径8μm，密度2.1g/cm3，杂质含量小于0.02％，拉伸强度3.55GPa，弹性模量76GPa。所述的有机硅烷偶联剂包括硅烷与苯乙炔衍生物，所述的硅烷与苯乙炔衍生物的物质的量之比为1:1，所述的硅烷为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷中的一种或两种的组合。一种使用改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法制备得到的改性石英纤维/氰酸酯复合材料。一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料在制备雷达天线罩上的应用。本专利技术公开的改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法中，首先对石英纤维进行热处理除去浸润剂和表面水份，不仅避免石英纤维和树脂基体间的界面粘结力因浸润剂高温下氧化分解而导致下降，而且避免改性石英纤维/氰酸酯复合材料的介电性能因浸润剂高温下碳化产生游离碳影响电磁波的穿透而导致损伤，从而提高了改性石英纤维/氰酸酯复合材料的力学性能、耐热性能和介电性能，还避免水份成为复合材料的应力腐蚀源，从而提高改性石英纤维/氰酸酯复合材料耐热性和强度。然后利用酸刻蚀石英纤维，在纤维表面留下均匀的凹坑和空隙，石英纤维与氰酸酯基体界面间形成机械连接，再利用偶联剂在石英纤维与氰酸酯基体的界面间起到桥联作用，以改善改性石英纤维/氰酸酯复合材料界面间粘结力，从而提高该材料的力学性能。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术制备的改性石英纤维/氰酸酯复合材料耐热性好、强度高，石英纤维与氰酸酯基体间的界面剪切强度高，具有优良的力学性能和介电性能，广泛应用于航空、航天、电子等科技领域。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对石英纤维进行真空热处理将石英纤维放置在热压烧结炉中进行真空热处理，以15℃/min的升温速率升到250℃温度，在250℃温度点保温4h，观察石英纤维外观颜色变化，直至石英纤维由乳白变黄；接着采用体积比1:1的丙酮、乙醇共混液浸泡，50℃浸泡60min，再经75℃真空干燥；接着把石英纤维放入热压烧结炉中，升温速率为15℃/min，温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对石英纤维进行热处理，除去其表面杂质；(2)对除杂后的石英纤维进行表面刻蚀，使其表面出现均匀一致的凹坑及空隙；(3)对刻蚀后的石英纤维进行表面接枝，得到表面改性石英纤维；(4)以四氢呋喃为溶剂，配制质量浓度为0.5％的氰酸酯溶液；(5)将表面改性石英纤维浸入到氰酸酯溶液中，得到改性石英纤维/氰酸酯共混液；(6)将改性石英纤维/氰酸酯共混液烘干去除四氢呋喃溶剂，然后经过叠层、热压成型，制备改性石英纤维/氰酸酯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对石英纤维进行热处理，除去其表面杂质；(2)对除杂后的石英纤维进行表面刻蚀，使其表面出现均匀一致的凹坑及空隙；(3)对刻蚀后的石英纤维进行表面接枝，得到表面改性石英纤维；(4)以四氢呋喃为溶剂，配制质量浓度为0.5％的氰酸酯溶液；(5)将表面改性石英纤维浸入到氰酸酯溶液中，得到改性石英纤维/氰酸酯共混液；(6)将改性石英纤维/氰酸酯共混液烘干去除四氢呋喃溶剂，然后经过叠层、热压成型，制备改性石英纤维/氰酸酯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中热处理的工艺为：(11)对所述的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度为250℃，升温速度为15℃/min，保温时间为4～5h；(12)对步骤(11)烧结处理的石英纤维使用体积比1:1的丙酮、乙醇混合液进行浸泡，浸泡温度为50～70℃，浸泡时间为60～120min，然后取出于75～85℃下真空干燥，干燥20h；(13)对步骤(12)浸泡处理的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度350℃，烧结升温速度为15℃/min，保温2～3h；(14)对步骤(13)烧结处理的石英纤维使用丙酮、乙醇混合液浸泡，浸泡工艺与步骤(12)相同；(15)对步骤(14)浸泡处理的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度450℃，烧结升温速度为15℃/min，保温1～2h；(16)对步骤(15)烧结处理的石英纤维使用丙酮、乙醇混合液浸泡，浸泡工艺与步骤(12)相同；(17)对步骤(16)浸泡处理的石英纤维进行烧结，所述的烧结温度550℃，烧结升温速度为15℃/min，保温1～2h；(18)对步骤(17)烧结处理的石英纤维使用丙酮、乙醇混合液浸泡，浸泡工艺与步骤(12)相同。3.根据权利要求1所述的一种改性石英纤维/氰酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中表面刻蚀的工艺为：(21)配制H2SO4：HF混合溶液，所述的H2SO4的质量浓度为98％，HF的质量浓度为15％所述的H2SO4与HF的体积比为5～10:1。(22)将表面除杂后的石英纤维放入H2SO4：HF混合溶液，置入油浴中，110～115℃下保温1～2h，取出石英纤维，洗至中性，120℃下烘燥3h，冷却并干燥保存，得到表面凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟文清，刘东光，李磊，白一峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34