一种纤维混编织物增强石英基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纤维混编织物增强石英基复合材料及其制备方法，增强材料包括依次层叠连接设置的第一外层纤维织物、芯层纤维织物和第二外层纤维织物；第一外层纤维织物、第二外层纤维织物为石英纤维织物；芯层纤维织物为碳纤维与石英纤维的混编纤维织物或石英纤维布与碳纤维布的混编纤维织物。该纤维混编织物增强石英基复合材料兼具石英纤维和碳纤维的优异性能，避免碳纤维高温氧化造成性能迅速下降，同时弥补石英纤维高温使用性能损失，综合性能优异。性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维混编织物增强石英基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机非金属材料
，具体涉及一种纤维混编织物增强石英基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高速飞行器通常会用到防隔热材料，随着科技的不断发展，对低成本、高性能、易制备的防隔热材料的需求也愈加迫切。
[0003]SiO
2f
/SiO2复合材料由于质轻、耐烧蚀、隔热性能好、辐射系数低，且工艺上制备周期短，成本低，是航天等领域可用作防隔热材料的一种理想材料。其中，石英纤维具有较高的电气绝缘性能、介电性能、抗腐蚀性、抗热震性，化学性能和稳定性优良，但是，石英纤维是一种玻璃态材料，处于热力学不稳定状态，在高温下易析出方石英相，析出的方石英在温度涨落过程中存在着较大的体积效应，导致纤维脆化、致使复合材料的力学性能大幅下降，严重地制约了复合材料在高温下的使用。
[0004]C
f
/SiO2复合材料结合了碳纤维优异的高温性能，同时具有SiO2基体抗氧化性能好，原料来源广，热导率低的优点，是很好的高温材料。其中，碳纤维具有优异的耐烧蚀性，高温下力学性能好，使用温度高，性能成熟稳定，价格便宜，可编织性强，用碳纤维增强二氧化硅有望得到力学性能良好的复合材料。但是，碳纤维不抗氧化，碳材料在400℃以上便会氧化，导致结构破坏，材料产生缺陷，性能迅速降低，所以在高温有氧环境下使用需要进行抗氧化防护，制备成本高。
[0005]因此，需要提供一种复合材料，具有优异的高温性能，又能避免高温下的氧化反应造成性能迅速下降，可广泛应用于高速飞行器的防隔热部件。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决SiO
2f
/SiO2复合材料中石英纤维温度涨落过程中存在体积效应，使复合材料力学性能下降，而C
f
/SiO2复合材料具有优异高温性能，但其中的碳纤维高温下易氧化，使复合材料性能降低的技术问题，而提供了一种纤维混编织物增强石英基复合材料及其制备方法，该复合材料兼具石英纤维和碳纤维的优异性能，避免碳纤维高温氧化造成性能迅速下降，同时弥补石英纤维高温使用性能损失，综合性能优异。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术第一方面提供一种纤维混编织物增强石英基复合材料，包括增强材料和石英基体；
[0008]所述增强材料包括依次层叠连接设置的第一外层纤维织物、芯层纤维织物和第二外层纤维织物；所述第一外层纤维织物、所述第二外层纤维织物为石英纤维织物；所述芯层纤维织物为碳纤维与石英纤维的混编纤维织物或石英纤维布与碳纤维布的混编纤维织物。
[0009]优选地，所述增强材料中，石英纤维与碳纤维的质量比为(95％
‑
50％)：(5％
‑
50％)。
[0010]优选地，所述芯层纤维织物中碳纤维与石英纤维的质量比为(100％
‑
30％)：(0％
‑
70％)。
[0011]优选地，所述第一外层纤维织物的厚度为1
‑
20mm；所述第二外层纤维织物的厚度为1
‑
20mm；所述芯层纤维织物的厚度≥2mm。
[0012]优选地，所述纤维混编织物增强石英基复合材料中，增强材料的质量含量为29％～50％。
[0013]本专利技术的第二方面提供一种上述的纤维混编织物增强石英基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1.采用石英纤维与碳纤维进行混编，编织方法为三向正交编织和2.5D编织中的至少一种，或采用石英纤维布与碳纤维布进行针刺缝合，制备混编纤维织物预制体；
[0015]S2.使用溶剂浸没处理所述混编纤维织物预制体，然后烘干；
[0016]S3.将步骤S2处理后的所述混编纤维织物预制体浸渍硅溶胶；
[0017]S4.将浸渍硅溶胶的所述混编纤维织物预制体固化，得到混编纤维增强石英基复合材料中间体；
[0018]S5.将所述混编纤维增强石英基复合材料中间体烧结，得到所述纤维混编织物增强石英基复合材料。
[0019]优选地，步骤S2具体包括：将所述混编纤维织物预制体放置于密闭容器中，对所述密闭容器抽真空，然后在真空条件下使所述密闭容器吸入所述溶剂，浸没所述混编纤维织物预制体；所述溶剂为乙醇、丙酮中的至少一种；所述浸没的处理条件为：压力为0
‑
10MPa，温度为60
‑
150℃，处理时间为2
‑
24小时。
[0020]优选地，步骤S2中，所述烘干的温度为60
‑
200℃，烘干时间为10
‑
30小时。
[0021]优选地，步骤S3具体包括：将步骤S2处理后的所述混编纤维织物预制体放置于密闭容器中，对所述密闭容器抽真空，然后在真空条件下使所述密闭容器吸入硅溶胶，使所述混编纤维织物预制体浸渍硅溶胶；硅溶胶中SiO2的质量浓度为20％
‑
80％，硅溶胶的密度为1.00
‑
1.65g/cm3。
[0022]优选地，步骤S4中，所述固化的温度为100
‑
250℃，所述固化的时间为24
‑
120h；
[0023]步骤S5中，所述烧结的气氛为氮气、氨气、氩气中的至少一种或真空环境，所述烧结的温度为300
‑
1000℃，所述烧结的时间为1
‑
5h。
[0024]优选地，还包括在步骤S5之后进行：S6.重复步骤S3、步骤S4、步骤S5 2
‑
10次，使所述纤维混编织物增强石英基复合材料致密化。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0026]本专利技术的纤维混编织物增强石英基复合材料，采用石英纤维与碳纤维的混编纤维织物或石英纤维布与碳纤维布的混编纤维织物作为复合材料的增强材料，材料内部碳纤维与石英纤维混杂增强，在高温下既能体现出碳纤维优异的高温性能，又能阻止碳纤维在高温下氧化反应，具有优异的综合性能，在高速飞行器防隔热部件领域拥有广泛的应用前景。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0028]SiO
2f
/SiO2复合材料作为防隔热材料，具有质轻、耐烧蚀、隔热性能好、辐射系数低、制备周期短、成本低等优点，其中，石英纤维具有较高的电气绝缘性能、介电性能、抗腐蚀性、抗热震性，化学性能和稳定性优良，但石英纤维在高温下易析出方石英相，致使复合材料的力学性能大幅下降。C
f
/SiO2复合材料结合了碳纤维优异的高温性能，同时具有SiO2基体抗氧化性能好，原料来源广，热导率低的优点，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维混编织物增强石英基复合材料，包括增强材料和石英基体，其特征在于：所述增强材料包括依次层叠连接设置的第一外层纤维织物、芯层纤维织物和第二外层纤维织物；所述第一外层纤维织物、所述第二外层纤维织物为石英纤维织物；所述芯层纤维织物为碳纤维与石英纤维的混编纤维织物或石英纤维布与碳纤维布的混编纤维织物。2.根据权利要求1所述的纤维混编织物增强石英基复合材料，其特征在于：所述增强材料中，石英纤维与碳纤维的质量比为(95％
‑
50％)：(5％
‑
50％)。3.根据权利要求1所述的纤维混编织物增强石英基复合材料，其特征在于：所述芯层纤维织物中碳纤维与石英纤维的质量比为(100％
‑
30％)：(0％
‑
70％)。4.根据权利要求1所述的纤维混编织物增强石英基复合材料，其特征在于：所述第一外层纤维织物的厚度为1
‑
20mm；所述第二外层纤维织物的厚度为1
‑
20mm；所述芯层纤维织物的厚度≥2mm。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的纤维混编织物增强石英基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采用石英纤维与碳纤维进行混编，编织方法为三向正交编织和2.5D编织中的至少一种，或采用石英纤维布与碳纤维布进行针刺缝合，制备混编纤维织物预制体；S2.使用溶剂浸没处理所述混编纤维织物预制体，然后烘干；S3.将步骤S2处理后的所述混编纤维织物预制体浸渍硅溶胶；S4.将浸渍硅溶胶的所述混编纤维织物预制体固化，得到混编纤维增强石英基复合材料中间体；S5.将所述混编纤维增强石英基复合材料中间体烧结，得到所述纤维混编织物增强石英基复合材料。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：王其坤，祁涛，牟秀娟，温鹏，杨帆，姚璐璐，高红成，
申请(专利权)人：北京玻钢院复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：