一种硼酚醛气凝胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硼酚醛气凝胶复合材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)向硼酚醛树脂溶液中依次加入固化剂和交联剂，搅拌后得到溶胶；其中，所述固化剂为磺酰基类固化剂；(2)使所述溶胶进行溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种硼酚醛气凝胶复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及酚醛树脂材料及飞行器热防护
，特别涉及一种硼酚醛气凝胶复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近些年来，酚醛气凝胶因具有价格低廉、轻质、力学强度大和导热系数低等特点被广泛应用于热防护复合材料中，然而，随着飞行热环境的不断严苛，在烧蚀防热复合材料中，单一的酚醛气凝胶难以抵御高速燃气流的冲刷，形成的多孔碳化层极易被氧化；因此，酚醛基复合气凝胶材料成为一个重要发展方向。
[0003]硼改性酚醛树脂是目前最成功的酚醛改性品种之一，硼改性酚醛树脂就是在酚醛树脂结构中引入硼，酚羟基中的氢被硼原子取代，由于B
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O键的键能高于C
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C键，且其固化产物中含有硼的三维交联网状结构，因此与传统的酚醛树脂相比，其耐热性和耐烧蚀性大大提高。但是，现有技术中采用硼改性酚醛树脂制备气凝胶材料时，通常固化温度较高，一般大于180℃，且固化后无法在常压下进行干燥，另外，现有技术采用硼改性酚醛树脂制备气凝胶材料时，在固化时还存在收缩率较大难以形成轻质的气凝胶结构的问题。因此，为了解决上述一个或多个问题，需要研究一种固化温度低、能够在常压下进行干燥且轻质的硼酚醛气凝胶材料及其制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种硼酚醛气凝胶复合材料及其制备方法，能够提供一种固化温度低、能够在常压下进行干燥且固化时收缩率较低的轻质硼酚醛气凝胶复合材料。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种硼酚醛气凝胶复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0006](1)向硼酚醛树脂溶液中依次加入固化剂和交联剂，搅拌后得到溶胶；所述固化剂为磺酰基类固化剂；
[0007](2)使所述溶胶进行溶胶
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凝胶反应，得到无机复合湿凝胶；
[0008](3)将所述无机复合湿凝胶干燥后，得到所述硼酚醛气凝胶复合材料。
[0009]优选地，在步骤(1)中，所述硼酚醛树脂溶液是将硼酚醛树脂溶解在溶剂中，搅拌后配置得到。
[0010]优选地，所述搅拌的温度为25～28℃，时间为3～5h；所述溶剂为无水乙醇、乙二醇、甲醇、异丙醇或丙酮中的至少一种。
[0011]优选地，在步骤(1)中，所述硼酚醛树脂溶液的质量浓度为10～40％。
[0012]优选地，在步骤(1)中，所述固化剂为硫酸乙酯、对甲苯磺酰氯、苯磺酰氯、对甲苯磺酸中的至少一种；
[0013]更为优选地，在步骤(1)中，所述固化剂的添加量为体系硼酚醛树脂含量的1.5～50％。
[0014]优选地，在步骤(1)中，所述交联剂为六次甲基四胺。
[0015]更为优选地，所述交联剂的添加量为体系硼酚醛树脂含量的2～15％。
[0016]优选地，在步骤(1)中，所述固化剂和所述交联剂的质量之比为(1～6)：1。
[0017]优选地，在步骤(1)中，所述搅拌均在常温25～28℃下；优选地，加入所述固化剂后搅拌1～3h，加入所述交联剂后搅拌3～5h。
[0018]优选地，在步骤(2)中，进行所述溶胶
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凝胶反应时，优选为将所述溶胶置于密闭容器中；
[0019]所述溶胶
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凝胶反应的温度为80～100℃，反应时间为20～30h。
[0020]优选地，在步骤(3)中，将所述无机复合湿凝胶室温晾置24～48h后进行干燥；
[0021]所述干燥为常压干燥；所述干燥的温度为80～100℃，时间为20～30h。
[0022]本专利技术第二方面提供了一种硼酚醛气凝胶复合材料，采用上述第一方面所述制备方法制备得到。
[0023]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0024](1)本专利技术通过在硼酚醛树脂溶液中加入磺酰基类固化剂和交联剂进行溶胶
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凝胶反应，磺酰基类固化剂和交联剂能够相互协同配合，不仅使得硼酚醛树脂能够在低温下(不大于100℃)进行固化，并且固化后产物的力学性能较高，在常压下进行干燥也不会发生收缩和破裂，有利于得到轻质的硼酚醛气凝胶复合材料；
[0025](2)本专利技术中的磺酰基类固化剂能够均匀的溶解在硼酚醛树脂溶液中，且磺酰基类的固化剂与交联剂相互作用过程中体系的粘度呈缓慢增长，对体系的粘度影响较小，从而能够保证注胶工艺窗口，具有较好的工艺操作性；
[0026](3)本专利技术中的制备方法具有成本低廉、过程可控、反应条件低且适宜工业生产的优点；采用本专利技术中的方法制备得到的硼酚醛气凝胶具有优异的压缩强度、导热系数低、密度低以及良好的加工性能等优点，可在高温下维持原有形状和性能，在高速飞行器热防护领域具有极大的应用前景。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例1提供的硼酚醛气凝胶复合材料的扫描电镜图；
[0029]图2是本专利技术实施例1提供的硼酚醛气凝胶复合材料的热重曲线图；
[0030]图3是本专利技术实施例2提供的硼酚醛气凝胶复合材料的扫描电镜图；
[0031]图4是本专利技术实施例2提供的硼酚醛气凝胶复合材料的热重曲线图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术在第一方面提供了一种硼酚醛气凝胶复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0034](1)向硼酚醛树脂溶液中依次加入固化剂和交联剂，搅拌后得到溶胶；其中，所述固化剂为磺酰基类固化剂；
[0035](2)使所述溶胶进行溶胶
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凝胶反应，得到无机复合湿凝胶；
[0036](3)将所述无机复合湿凝胶干燥后，得到所述硼酚醛气凝胶复合材料。
[0037]硼酚醛树脂因具有耐热性能好和耐烧蚀性能好等优点，而被广泛应用于飞行器热防护复合材料中，然而，现有的硼酚醛树脂一般为热固性树脂，其固化温度较高，一般需要在180℃以上才能固化，并且其干燥的条件要求较高，难以在常压条件下进行干燥，另外，在固化干燥过程中易发生收缩甚至破裂现象，难以形成轻质的气凝胶结构；因此，为了解决上述问题，本专利技术创造性的将磺酰基类固化剂加入硼酚醛树脂溶液中，并将其与交联剂共同参与到硼酚醛树脂的溶胶
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凝胶反应中去，本专利技术人发现，磺酰基类固化剂和交联剂在溶胶
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼酚醛气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)向硼酚醛树脂溶液中依次加入固化剂和交联剂，搅拌后得到溶胶；所述固化剂为磺酰基类固化剂；(2)使所述溶胶进行溶胶
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凝胶反应，得到无机复合湿凝胶；(3)将所述无机复合湿凝胶干燥后，得到所述硼酚醛气凝胶复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述硼酚醛树脂溶液是将硼酚醛树脂溶解在溶剂中，搅拌后配置得到；优选地，所述搅拌的温度为25～28℃，时间为3～5h；所述溶剂为无水乙醇、乙二醇、甲醇、异丙醇或丙酮中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述硼酚醛树脂溶液的质量浓度为10～40％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述固化剂为硫酸乙酯、对甲苯磺酰氯、苯磺酰氯、对甲苯磺酸中的至少一种；优选地，所述固化剂的添加量为体系硼酚醛树脂含量的1.5～50％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春晓，刘圆圆，郭慧，李文静，刘瑾，杨洁颖，张昊，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：