一种玻璃纤维增强树脂基复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种玻璃纤维增强树脂基复合材料及其制备方法与应用，其制备方法包括以下步骤：S1.将分散剂分散于液态丁腈胶中，而后加入酚醛树脂与无水乙醇，搅拌均匀，得到混合液；S2.将固态橡胶粉末、硫磺、二硫化四甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑、氧化锌、硬脂酸依次加入至混合液中，搅拌均匀，得到改性基体；S3.将正交玻璃纤维利用所述改性基体进行浸润，控干溶剂后热压成型，即得玻璃纤维增强树脂基复合材料；固态橡胶粉末的粒径为10

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃纤维增强树脂基复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及航天复合材料
，尤其涉及一种玻璃纤维增强树脂基复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]酚醛复合材料由于其独特的耐烧蚀性和高残炭性，被广泛开发和应用在航空航天领域。纤维增强酚醛复合材料强度高，在极端热环境下能保护其内部结构的安全工作，有较强的结构可设计行，常用作飞行器的耐烧蚀防隔热层。
[0003]如公开号为CN112321989A的专利公开了一种纤维增强树脂复合材料制备方法及纤维增强酚醛树脂复合材料，属于酚醛树脂复合材料
，通过依次用增韧剂、酚醛树脂浸润处理纤维织物制备得到改性复合材料，该材料密度低于0.36g/cm3，适用于航天航空的领域。
[0004]但由于结构特殊，酚醛树脂常常需要在180℃固化成型，酚醛树脂在固化成型时分子高度交联，导致固化物脆性大、固化收缩率高，容易与连接的金属舱段和金属构件分层脱落。相关技术中，纤维增强酚醛树脂复合材料的热膨胀系数往往只有(6～8)
×
10
‑6/K，而金属材料的热膨胀系数往往大于1
×
10
‑5/K，热胀特性并不匹配，酚醛复合材料和内部金属构件容易发生界面脱粘，导致材料整体破坏，飞行器在大气中高速飞行时防隔热酚醛复合材料的工作温度会进一步升高，由热膨胀系数差异引起的尺寸差异会愈加明显，严重威胁着飞行器的安全。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种玻璃纤维增强树脂基复合材料及其制备方法与应用，避免在高温下状态下与金属构件脱粘。
[0006]为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种玻璃纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1.将60
‑
140份分散剂分步分散于30
‑
70份液态丁腈胶中，而后加入90
‑
110份酚醛树脂与100
‑
140份无水乙醇，搅拌均匀，得到混合液；
[0009]S2.将10
‑
60份固态橡胶粉末、0.45
‑
1.05份硫磺、0.6
‑
1.4份二硫化四甲基秋兰姆、0.3
‑
0.7份二硫化苯并噻唑、1.5
‑
3.5份氧化锌、0.3
‑
0.7份硬脂酸依次加入至混合液中，搅拌均匀，得到改性基体；
[0010]S3.将80
‑
130份正交玻璃纤维利用改性基体进行浸润，控干溶剂后热压成型，即得玻璃纤维增强树脂基复合材料。
[0011]固态橡胶粉末的粒径10
‑
100μm，所述正交玻璃纤维铺设角度为0
°‑
45
°
。
[0012]优选地，酚醛树脂与液态丁腈胶的重量比为2.4
‑
4:1。
[0013]优选地，固态橡胶与液态丁腈胶的重量比为0.5
‑
2:1。
[0014]优选地，分散剂为乙酸乙酯和PR
‑
75橡胶分散剂的混合物。
[0015]优选地，正交玻璃纤维铺设角度为30
°‑
45
°
。
[0016]优选地，固态橡胶粉末为半交联橡胶粉末、交联橡胶粉末中的一种或几种。
[0017]优选地，固态橡胶粉末的粒径为10
‑
80μm。
[0018]第二方面，本申请提供一种玻璃纤维增强树脂基复合材料，其膨胀系数为1.37*10
‑5/k
‑
2.15*10
‑5/k。
[0019]第三方面，本申请提供一种玻璃纤维增强树脂基复合材料作为金属构件的外防热材料中的应用。
[0020]优选地，金属的热膨胀系数≥2.39
×
10
‑5/K。
[0021]优选地，应用的温度≥180℃。
[0022]本申请的有益效果如下：
[0023]1.本方案利用固态橡胶作为分散相与酚醛树脂物理结合以提高酚醛树脂的分散均匀度为后续提高增韧性能提供基础，液态橡胶作为连接相与酚醛树脂化学结合成键，通过两种改性方式协同，增加复合材料内部的键合力，以提高基体的韧性的形式去提高复合材料的断裂形变，进而提高膨胀性能，缩小与金属构件膨胀系数的差距，增加与金属的膨胀系数的匹配度，降低了金属和本材料的界面应力，实现在成型温度下复合材料与内部异形金属构件不分离；
[0024]2.通过控制正交玻璃纤维的铺设角度，降低玻璃纤维对基体在主方向的热膨胀干扰，在增加复合材料机械强度的同时削弱玻璃纤维的减益效果，使得复合材料在温度升高时界面不受破坏，与内部结构紧密结合，防止酚醛复合材料和内部金属构件发生界面脱粘；
[0025]3.在处理酚醛树脂和橡胶的相容性上，采用本方案的分散体系分步分散，使得橡胶均匀分散，避免了由于两相团聚导致不可控的产品性能波动，同时还有利于复合材料固化后形成互穿网络结构或者半互穿网络结构，进一步达到改性效果；
[0026]4.将正交玻璃纤维铺设角度进行限制，可以进一步提高材料的热形变能力，且可降低橡胶的使用量，避免橡胶添加过多导致酚醛树脂混合不匀。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]如本文，“高温”是相对常见的树脂而言的固化成型温度或飞行器在大气中高速飞行时防隔热酚醛复合材料的工作温度，常见的树脂的固化成型温度为100℃
‑
200℃，本方案的酚醛树脂的热固化成型温度为180℃，飞行器在大气中高速飞行时防隔热酚醛复合材料的工作温度大于酚醛树脂的热固化成型温度，工作温度≥180℃，例如200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、800℃、1000℃，甚至因为大气摩擦达到1000℃以上。
[0029]针对酚醛复合材料在与金属构件一体化成型和高温环境使用下可能发生的界面失效、脱粘问题，本申请提供一种玻璃纤维增强树脂基复合材料的制备方法，实现在成型温度下复合材料与内部异形金属构件不分离，在高温使用环境下外防热材料具有韧性且与内部结构紧密结合，具体包括以下步骤：
[0030]S1.将60
‑
140份分散剂分散于30
‑
70份液态丁腈胶中，而后加入90
‑
110份酚醛树脂与100
‑
140份无水乙醇，搅拌均匀，得到混合液；
[0031]S2.将10
‑
60份固态橡胶粉末、0.45
‑
1.05份硫磺、0.6
‑
1.4份二硫化四甲基秋兰姆、0.3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将60
‑
140份分散剂分散于30
‑
70份液态丁腈胶中，而后加入90
‑
110份酚醛树脂与100
‑
140份无水乙醇，搅拌均匀，得到混合液；S2.将10
‑
60份固态橡胶粉末、0.45
‑
1.05份硫磺、0.6
‑
1.4份二硫化四甲基秋兰姆、0.3
‑
0.7份二硫化苯并噻唑、1.5
‑
3.5份氧化锌、0.3
‑
0.7份硬脂酸依次加入至所述混合液中，搅拌均匀，得到改性基体；S3.将80
‑
130份正交玻璃纤维利用所述改性基体进行浸润，控干溶剂后热压成型，即得玻璃纤维增强树脂基复合材料；所述固态橡胶粉末的粒径为10
‑
100μm，所述正交玻璃纤维的铺设角度为0
°‑
45
°
。2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述酚醛树脂与液态丁腈胶的重量比为2.4
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：秦岩，赵成龙，傅华东，王肖天，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：