一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料及其制备方法和用途，属于耐烧蚀材料技术领域。它是由如下重量配比的原料制备而成：耐烧蚀树脂100～120份、中间相沥青1～200份。该材料在烧蚀过程中将中间相沥青的液态炭化过程与树脂三维交联网络的固态炭化过程相结合，在碳层中引入中间相沥青液晶有序炭结构，减少了碳层中收缩裂纹的产生，并使其石墨化程度增加，显著提升了材料在高热流富氧条件下的抗冲刷性能，使形成的碳层更加完整致密，进而使得材料的耐烧蚀性能得到显著提升。该材料适用于树脂基烧蚀防热复合材料的制备，可应用于高速飞行器、发动机等相关设备防热结构的制备，以防护需经受高温燃气或气动热流冲刷等恶劣环境的结构和部件。刷等恶劣环境的结构和部件。刷等恶劣环境的结构和部件。

【技术实现步骤摘要】
一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于耐烧蚀材料
，具体涉及一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]由于飞行器等航天航空设备服役环境极其恶劣，对耐热层的耐烧蚀、耐热流冲刷及机械力学性能等具有非常高的要求。耐热层耐烧蚀的作用机理是耐烧蚀材料受热后，由于其本身具有较低的导热系数，从而使得热量难以传导进入材料内部。在高温热流的冲击下，填料和/或聚合物会在材料表面形成碳层，可以阻碍热侵入内部结构，对内部结构起到了热防护的作用。
[0003]耐烧蚀材料包括树脂类材料，如酚醛树脂等。酚醛树脂由于其成型工艺简单，耐热性能好，机械强度高，被广泛用于纤维增强复合材料。同时由于酚醛树脂具有突出的瞬时耐高温烧蚀性能，其常被用作抗烧蚀复合材料的基体。美国NASA以酚醛树脂为基体制备出的PhenCarb系列轻质炭化型烧蚀材料，表面烧蚀率低，烧蚀后的炭层厚。美国AMES中心以酚醛树脂为基体制备出的酚醛浸渍碳烧蚀材料(PICA)，已成功应用于“星尘”号返回舱热防护系统，美国新一代载人宇宙飞船“猎户座”号也将采用PICA材料作为其热防护材料。
[0004]虽然传统的酚醛树脂具有一定的耐高温烧蚀性能、材料强度高，适用于制备耐烧蚀材料。然而，其断裂延伸率较低，而且炭化后形成玻璃状结构，炭化产物难以石墨化，结合碳的石墨化程度低，导致抗氧化性变差，并且它炭化后形成均一的组织，使其抵抗裂纹扩展的能力变差，在飞行过程中可能会出现炭层剥蚀现象等问题，致使材料难以满足未来对飞行器生存能力和机动能力的新要求。
[0005]中间相沥青(mesophase pitch)是一种由相对分子质量为370～2000的多种扁盘状稠环芳烃组成的混合物；具有高残炭率、高密度和易石墨化等优点。中间相沥青常用来制备高导热碳纤维等材料。此外，文献《镁碳砖用中间相沥青
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酚醛树脂结合剂的研制》(张雪松等,耐火材料,2007，41(4):271
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273.)选用中间相沥青改性酚醛树脂，提高其残碳率；文献选择残碳率明显低于中间相沥青的酚醛树脂，将中间相沥青加入酚醛树脂中，提高中间相沥青—酚醛树脂复合物的残碳率。该文献重点关注的是中间相沥青与酚醛树脂复合后整体残碳率的变化，希望能够改善传统酚醛树脂残碳率不高的缺点，使产品能在镁碳砖粘合剂产业中得到应用。但该方法仅仅适合对于残碳率明显低于中间相沥青的酚醛树脂残碳率的提升，不适用于高残碳率的酚醛树脂；也没有解决提升烧蚀后酚醛树脂整体碳层强度，提高其抗冲刷性能的问题。
[0006]因此，针对中间相沥青与酚醛树脂，急需进一步研究和探索，研发具有优良耐烧蚀性能，且具有优异抗冲刷性能的改性酚醛树脂材料，以满足高温燃气以及气动热流冲刷等恶劣环境下的应用。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料及其制备方法和用途。
[0008]本专利技术提供了一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料，它是由如下重量配比的原料制备而成：耐烧蚀树脂100～120份、中间相沥青1～200份。
[0009]进一步地，前述的耐烧蚀树脂基体材料是由如下重量配比的原料制备而成：耐烧蚀树脂120份、中间相沥青6～30份。
[0010]进一步地，前述的耐烧蚀树脂基体材料是由如下重量配比的原料制备而成：耐烧蚀树脂120份、中间相沥青30份。
[0011]进一步地，所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲腈树脂、苯并噁嗪树脂、芳炔树脂、氰酸酯树脂或改性环氧树脂；
[0012]和/或，所述中间相沥青为萘系中间相沥青；
[0013]优选地，所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂；
[0014]更优选地，所述酚醛树脂为硼酚醛树脂。
[0015]进一步地，所述耐烧蚀树脂基体材料是将耐烧蚀树脂和中间相沥青混合后，热压固化成型而得；
[0016]优选地，所述混合的方式为粉末混合；
[0017]和/或，所述热压固化成型工艺为100℃～120℃保温30～120min，从100℃～120℃升温至140℃～150℃后保温30～120min，然后从140℃～150℃升温至180℃后保温1～2h，最后从180℃升温至200℃后保温1～2h。
[0018]进一步地，
[0019]所述固化工艺为：110℃保温30min，从110℃升温至140℃后保温30min，然后从140℃升温至180℃后保温2h，最后从180℃升温至200℃后保温1h；
[0020]优选地，每次升温的速率为5℃/min～20℃/min；
[0021]和/或，110℃时为常压；和/或，升温至140℃～200℃时压力均为12～15MPa。
[0022]本专利技术还提供了前述的耐烧蚀树脂基体材料的制备方法，它包括如下步骤：
[0023](1)将耐烧蚀树脂和中间相沥青粉碎，按重量配比称取耐烧蚀树脂和中间相沥青，并将它们混合，得混合粉末；
[0024](2)将混合粉末热压固化成型，冷却，即得；
[0025]优选地，
[0026]所述热压固化成型工艺为100℃～120℃保温30～120min，从100℃～120℃升温至140℃～150℃后保温30～120min，然后从140℃～150℃升温至180℃后保温1～2h，最后从180℃升温至200℃后保温1～2h。
[0027]进一步地，所述固化工艺为：110℃保温30min，从110℃升温至140℃后保温30min，然后从140℃升温至180℃后保温2h，最后从180℃升温至200℃后保温1h；
[0028]优选地，每次升温的速率为5℃/min～20℃/min；
[0029]和/或，110℃时为常压；和/或，升温至140℃～200℃时压力均为12～15MPa。
[0030]本专利技术还提供了前述的耐烧蚀树脂基体材料在制备具备耐烧蚀性能要求的材料及制件中的用途；
[0031]优选地，所述耐烧蚀树脂基体材料在制备烧蚀防热复合材料中的用途；
[0032]更优选地，所述耐烧蚀树脂基体材料在制备应用于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恶劣环境的结构和部件的防护和密封的材料中的用途。
[0033]本专利技术制备得到的耐烧蚀树脂基体材料可作为基材，利用增强材料对其增强改性，得到复合材料，该复合材料可以保持前述耐烧蚀树脂基体材料优异的耐烧蚀性能和抗冲刷性能。
[0034]因此，本专利技术还提供了一种复合材料，它是增强材料与前述的耐烧蚀树脂基体材料制成的复合材料；
[0035]优选地，所述增强材料是纤维，复合材料是纤维增强的耐烧蚀复合材料。
[0036]本专利技术制备了一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料，在烧蚀过程中将中间相沥青的液态炭化过程与树脂三维交联网络的固态炭化过程相结合，在碳层中引入中间相沥青液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中间相沥青改性的耐烧蚀树脂基体材料，其特征在于：它是由如下重量配比的原料制备而成：耐烧蚀树脂100～120份、中间相沥青1～200份。2.根据权利要求1所述的耐烧蚀树脂基体材料，其特征在于：它是由如下重量配比的原料制备而成：耐烧蚀树脂120份、中间相沥青6～30份。3.根据权利要求2所述的耐烧蚀树脂基体材料，其特征在于：它是由如下重量配比的原料制备而成：耐烧蚀树脂120份、中间相沥青30份。4.根据权利要求1～3任一项所述的耐烧蚀树脂基体材料，其特征在于：所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲腈树脂、苯并噁嗪树脂、芳炔树脂、氰酸酯树脂或改性环氧树脂；和/或，所述中间相沥青为萘系中间相沥青；优选地，所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂；更优选地，所述酚醛树脂为硼酚醛树脂。5.根据权利要求1～3任一项所述的耐烧蚀树脂基体材料，其特征在于：所述耐烧蚀树脂基体材料是将耐烧蚀树脂和中间相沥青混合后，热压固化成型而得；优选地，所述混合的方式为粉末混合；和/或，所述热压固化成型工艺为100℃～120℃保温30～120min，从100℃～120℃升温至140℃～150℃后保温30～120min，然后从140℃～150℃升温至180℃后保温1～2h，最后从180℃升温至200℃后保温1～2h。6.根据权利要求5所述的耐烧蚀树脂基体材料，其特征在于：所述固化工艺为：110℃保温30min，从110℃升温至140℃后保温30min，然后从140℃升温至180℃后保温2h，最后从180℃升温至200℃后保温1h；优选地，每次升温的速率为5℃/min～20℃/min；和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洋，黄奕森，邹华维，张浩若，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：