專利名稱：一種耐燒蝕復合材料的制作方法
技術領域：
本發明屬于纖維增強樹脂基復合材料技術領域，涉及抗高溫氧化和粒子沖刷燒蝕材料技術，特別涉及抗高溫氧化和粒子沖刷燒蝕復合材料。
背景技術：
樹脂基復合材料以高比剛、強度得到廣泛應用，具有耐燒蝕功能的樹脂基復合材料近年也有了一定的發展并獲得成功應用。一般情況下，抗氧化和耐燒蝕具有相輔相成的作用，通過在復合材料的樹脂基體中添加抗氧化添加劑，使得復合材料在具有良好抗氧化性能的同時還具有良好的耐燒蝕性能。但在2000°C 3000°C下，一般的抗氧化添加劑失效，樹脂基復合材料抗氧化性能急劇下降，樹脂基體在高溫環境下形成的碳層發生氧化破壞，導致復合材料的耐燒蝕性能和抗高速粒子流沖刷的性能急劇下降。甄強等在2010年第五·期《宇航材料工藝》上發表了 “ZrB2/C復合材料的微觀結構與高溫氧化機理”介紹了一種C/C復合材料，通過在C/C復合材料中添加ZrB2添加劑提高C/C復合材料的抗燒蝕性能和抗氧化性能。但高溫環境下B2O3揮發，在ZrO2陶瓷表面形成大量的微孔，從而降低了 ZrO2陶瓷隔離氧化氣氛的效果。美國德克薩斯州立大學奧斯汀分校機械學院的J.D.KOO等人研究了多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)對酚醛樹脂抗燒蝕性能的影響，結果表明高溫環境下POSS能夠通過高溫分解帶走大量熱能的方式提高酚醛樹脂的抗燒蝕性能。但沒有提及POSS的其它性能。
發明內容
本發明旨在提供一種具有良好抗高溫氧化性能和粒子流沖刷燒蝕性能的纖維增強樹脂基復合材料。本發明的目的是這樣實現的，采用具有優異耐熱性能的酚醛樹脂作為基體，以碳纖維作為增強材料，以硼化鋯和POSS做為抗氧化添加劑，熱壓制備成復合材料。利用硼化鋯和POSS添加劑在高溫氧化氣氛中發生高溫分解和氧化，帶走大量的熱能并形成致密的耐高溫陶瓷層，大幅度提高復合材料抗燒蝕和抗氧化性能。本發明涉及的耐燒蝕復合材料，組成至少包括酚醛樹脂、碳纖維、硼化鋯和三硅苯基P0SS，通過硼化鋯和POSS的分散及膠液制備、纖維預浸、固化成型得到，其組成至少包括:
酚醛樹脂100質量份
硼化鋯6 18質量份
碳纖維90 110質量份
POSSf 8質量份。本發明涉及的耐燒蝕復合材料，組成至少包括酚醛樹脂、碳纖維、硼化鋯和三硅苯基P0SS，通過硼化鋯和POSS的分散及膠液制備、纖維預浸、固化成型得到，其組成至少包括:酚醛樹脂100質量份
硼化鋯8 18質量份
碳纖維90 110質量份
POSSI 6質量份。本發明涉及的耐燒蝕復合材料，組成至少包括酚醛樹脂、碳纖維、硼化鋯和三硅苯基P0SS，通過硼化鋯和POSS的分散及膠液制備、纖維預浸、固化成型得到，其組成至少包括:
酚醛樹脂100質量份
硼化鋯8 16質量份
碳纖維90 110質量份
POSS3 6質量份。本發明涉及的耐燒蝕復合材料，所述酚醛樹脂選自苯 )—甲醛、甲 )—甲醛、間苯二釀一甲醛、雙酚A一甲醛中的一種或其中幾種可以匹配使用的混合體系。本發明涉及的耐燒蝕復合材料，所述碳纖維可以是3K碳纖維、6K碳纖維、12 K碳纖維中的一種或它們的復合體系。本發明涉及的耐燒蝕復合材料，所述碳纖維可以是纖維、布、氈、立體纖維編織物中的一種。
本發明涉及的耐燒蝕復合材料，所述硼化鋯為不同粒度的混合體系。本發明涉及的耐燒蝕復合材料具有質輕、耐熱、耐腐蝕等功能特性，制備工藝簡單，在2000°C 3000°C氧化環境下，形成致密的陶瓷層有效阻止氧化氣氛對碳層和碳纖維的氧化破壞，在保持適宜的力學性能和較低的密度的同時，實現抗高溫氧化和高溫粒子流沖刷燒蝕的目的。適用于高溫、高速粒子流沖刷和氧化破壞的工況。具體實施例方式 下面結合實施例對本發明提出的方案進行進一步說明，但不作為對技術方案的限制。任何一種可以實現本發明的技術方法均構成本發明涉及技術方案的一部分。實施例一
將8份硼化鋯(0.7um,北京中金研新材料科技有限公司)加入凈含量為100份的S-157熱固性酚醛樹脂(苯酚-甲醛樹脂，五三所生產)和I份三硅苯基POSS的混合液體系中，超聲波分散I小時，用分散后的膠液浸潤100份12k碳纖維(宜興市天鳥高新技術有限公司)，制成預浸料。在IOMPa 15MPa下、160°C下固化30分鐘制備成復合材料，氧/乙炔焰質量燒蝕率為0.0228g/s，線燒蝕率為-0.015mm/s，密度為1.61 g/cm3。實施例二
將10份硼化鋯(50nm，上海水田材料科技有限公司)與凈含量為100份的2126苯酚甲酚甲醛樹脂和3份三硅苯基POSS (美國Hybrid Plastics公司)的混合液體系中，超聲波分散1.5小時，將分散后的膠液浸潤90份3k碳纖維布(宜興市天鳥高新技術有限公司)，制成預浸料。利用熱壓機于160°C,5MPa的環境下固化成型,制備成的復合材料,其氧/乙炔焰質量燒蝕率為0.0220g/s，線燒蝕率為-0.013mm/s，密度為1.63 g/cm3。實施例三
將12份硼化鋯(0.7um，北京中金研新材料科技有限公司)與凈含量為100份間苯二酚一甲醛樹脂(上海新華樹脂廠)和5份三硅苯基POSS的混合液混合，超聲波分散1.5小時，將分散后的膠液浸潤120份6k碳纖維氈(宜興市天鳥高新技術有限公司)，制成預浸料。利用熱壓機固化成型，制備成的復合材料，其氧/乙炔焰質量燒蝕率為0.0220g/s，線燒蝕率為-0.013mm/s,密度為 1.63 g/cm3。實施例四
將8份硼化鋯(0.17um，北京中金研新材料科技有限公司)和6份硼化鋯(50nm，上海水田材料科技有限公司)與凈含量為100份的s-157酚醛樹脂和4份三硅苯基P0SS，超聲波分散1.5小時，將分散后的膠液浸潤110份3k碳纖維穿刺織物(宜興市天鳥高新技術有限公司)，制成預浸料。利用熱壓機固化成型，制備成的復合材料，其氧/乙炔焰質量燒蝕率為 0.0230g/s,線燒蝕率為-0.017mm/s,密度為 1.65 g/cm3。實施例五
將16份硼化鋯(0.7um，北京中金研新材料科技有限公司)與凈含量為100份的雙酚A—甲醛樹脂(上海新華樹脂廠)和6份三硅苯基POSS的混合液混合，超聲波分散1.5小時，將分散后的膠液浸潤100份2.5維3k碳纖維織物(南京玻璃纖維研究設計院)，制成預浸料。利用熱壓機固化成型，制備成的復合材料，其氧/乙炔焰質量燒蝕率為0.0210g/s，線燒蝕率為-0.013mm/s,密度為 1.67 g/cm3。實施例六
將10份硼化鋯(0.7um,北京中金研新材料科技有限公司)和8份硼化鋯(0.17um,北京中金研新材料科技有限公司)與凈含量為100份的SL-1068酚醛樹脂和8份三硅苯基POSS的混合液混合,超聲波分散1.5小時,將分散后的膠液浸潤95份三維五向6k碳纖維織物(南京玻璃纖維研究設計院)，制成預浸料。利用熱壓機固化成型，制備成的復合材料，其氧/乙炔焰質量燒蝕率為0.0200g/s，線燒蝕率為-0.013mm/s，密度為1.67 g/cm3。實施例七
將6份硼化鋯(0.7um,北京中金研新材料科技有限公司)將6份硼化鋯50nm，(上海水田材料科技有限公司)與凈含量為100份的SL-1069酚醛樹脂和2份三硅苯基POSS的混合液混合，超聲波分散1 5小時，將分散后的膠液浸潤100份12k碳纖維(威海拓展纖維有限公司)，制成預浸料。利用熱壓機固化成型，制備成的復合材料，其氧/乙炔焰質量燒蝕率為0.0205g/s,線燒蝕率為-0.014mm/s,密度為 1.67 g/cm3。
權利要求
1.一種耐燒蝕復合材料，組成至少包括酚醛樹脂、碳纖維、硼化鋯和三硅苯基POSS，通過硼化鋯和POSS的分散及膠液制備、纖維預浸、固化成型得到，其組成至少包括: 酚醛樹脂100質量份 硼化鋯6 18質量份 碳纖維90 110質量份 POSSf 8質量份。
2.根據權利要求1的耐燒蝕復合材料，組成至少包括酚醛樹脂、碳纖維、硼化鋯和三硅苯基P0SS，通過硼化鋯和POSS的分散及膠液制備、纖維預浸、固化成型得到，其組成至少包括: 酚醛樹脂100質量份 硼化鋯8 18質量份 碳纖維90 110質量份 POSSI 6質量份。
3.根據權利要求2的耐燒蝕復合材料，組成至少包括酚醛樹脂、碳纖維、硼化鋯和三硅苯基P0SS，通過硼化鋯和POSS的分散及膠液制備、纖維預浸、固化成型得到，其組成至少包括: 酚醛樹脂100質量份 硼化鋯8 16質量份 碳纖維90 110質量份 POSS3 6質量份。
4.根據權利要求r3的任一耐燒蝕復合材料，所述酚醛樹脂選自苯酚一甲醛、甲酚一甲醛、間苯二 )—甲醛、雙酚A—甲醛中的一種或其中幾種可以匹配使用的混合體系。
5.根據權利要求廣3的任一耐燒蝕復合材料，所述碳纖維可以是3K碳纖維、6K碳纖維、12 K碳纖維中的一種或它們的復合體系。
6.根據權利要求5的耐燒蝕復合材料，所述碳纖維可以是纖維、布、氈、立體纖維編織物中的一種。
7.根據權利要求r3的任一耐燒蝕復合材料，所述硼化鋯為不同粒度的混合體系。
全文摘要
本發明屬于纖維增強樹脂基復合材料技術領域，采用具有優異耐熱性能的酚醛樹脂作為基體，以碳纖維作為增強材料，以硼化鋯和POSS做為抗氧化添加劑，熱壓制備復合材料。本發明涉及的耐燒蝕復合材料，組成至少包括酚醛樹脂100質量份、硼化鋯6～18質量份、碳纖維 90～110質量份、POSS1～8質量份，具有質輕、耐熱、耐腐蝕等功能特性，制備工藝簡單，在2000℃～3000℃氧化環境下，形成致密的陶瓷層有效阻止氧化氣氛對碳層和碳纖維的氧化破壞，在保持適宜的力學性能和較低的密度的同時，實現抗高溫氧化和高溫粒子流沖刷燒蝕的目的。適用于高溫、高速粒子流沖刷和氧化破壞的工況。
文檔編號C08K7/06GK103224688SQ20131013099
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者李瑩, 安振河, 魏化震, 孫曉東, 尹磊, 李居影, 畢衛東 申請人:中國兵器工業集團第五三研究所