专利名称：硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑石英纤维复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硅树脂与石英纤维复合材料的制备方法。
背景技术：
航空、航天透波材料是保护飞行器在恶劣环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统正常工作的一种多功能介质材料，在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等飞行器无线电系统中得到广泛应用。天线罩位于飞行器的头部，具有导流、防热、透波、承载等多种功能。随着航空航天技术的发展以及现代化战争的需要，航空航天飞行器的飞行马赫数不断提高，处于飞行器气动力和气动热最大最高位置的天线罩需承受的温度和热冲击越来越高，因此高温透波材料成为研究重点。石英纤维从20世纪30年代起应用于空间飞行器和军用飞机，它对雷达频率的透过性比玻璃纤维更好，在100MHz～100GHz内石英纤维的介电常数保持不变，介质损耗角正切的变化也非常小，仅从0.0002变化到0.00045，并且介电性能随温度变化较小，是最为理想的宽频透波增强材料。硅树脂具有优良的耐热性和介电性能，被广泛应用于耐高温宽频透波复合材料的基体树脂。硅树脂是以Si-O-Si为骨架，Si-O键的键能在硅树脂中为450kJ/mol(C-C键的键能为307kJ/mol)，所以硅树脂的热稳定性高。硅树脂不仅能耐较高的温度，而且在高温烧蚀后，表面形成耐热性能更好的SiO2层，很少反射电磁波。但由于石英纤维表面和硅树脂中均含有较多的羟基，因此在高温条件下，石英纤维与硅树脂复合材料的界面处羟基间会发生缩合反应，脱水，导致石英纤维的增强效果下降；复合材料的高温力学性能差，不能够满足实际应用的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决高温条件下现有石英纤维与硅树脂复合材料的界面处羟基间发生缩合反应，脱水，导致石英纤维的增强效果下降，复合材料的高温力学性能差，不能够满足实际应用的问题，而提供的一种硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑石英纤维复合材料的制备方法。硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料按以下步骤制备(一)石英纤维表面预处理石英纤维在380～420℃、氮气环境中停留8～12min；(二)浸胶将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1％～2％的甲磺酸溶液中10～20min；(三)经过浸胶的石英纤维通过刮胶辊后送入180～200℃、氮气环境中干燥8～12min；(四)将涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合、模压，其中硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合物总质量的30％～40％，即得到硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料。本发明制备的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料在500℃烧蚀30min后的弯曲强度达到54～60MPa，比目前硅树脂与石英纤维复合材料的弯曲强度提高了2～2.5倍。本发明制备的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料在高温处理后的剪切强度达到5.2～5.6MPa，比目前现硅树脂与石英纤维复合材料的剪切强度提高了2.1～2.5倍。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料按以下步骤制备(一)石英纤维表面预处理石英纤维在380～420℃、氮气环境中停留8～12min；(二)浸胶将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1％～2％的甲磺酸溶液中10～20min；(三)经过浸胶的石英纤维通过刮胶辊后送入180～200℃、氮气环境中干燥8～12min，以除去涂层中的溶剂甲磺酸；(四)将涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合、模压，其中硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合物总质量的30％～40％，即得到硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料。
具体实施例方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(一)中石英纤维在390～410℃、氮气环境中停留9～11min。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(一)中石英纤维在400℃、氮气环境中停留10min。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(二)中将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1.2％～1.8％的甲磺酸溶液中12～18min。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(二)中将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1.3％～1.7％的甲磺酸溶液中14～16min。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(二)中将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1.5％的甲磺酸溶液中15min。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
七本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(二)中含有聚苯并双噁唑的甲磺酸溶液的制备方法先按聚苯并双噁唑占聚苯并双噁唑与甲磺酸总质量1％～2％的比例将聚苯并双噁唑加入浓度为分析纯的甲磺酸中，再在30～40℃的条件下密封搅拌6～8天，即得到聚苯并双噁唑质量分数为1％～2％的甲磺酸溶液。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
八本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(三)中经过浸胶的石英纤维通过刮胶辊后送入185～195℃、氮气环境中干燥9～11min。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
九本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(三)中经过浸胶的石英纤维通过刮胶辊后送入190℃、氮气环境中干燥10min。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
十本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(四)中硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合物总质量的32％～38％。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
十一本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(四)中硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合物总质量的33％～37％。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
十二本实施方式与具体实施方式
一的不同点步骤(四)中硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合物总质量的35％。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施例方式
十三本实施方式与具体实施方式
一的不同点硅树脂为甲基硅树脂。其它与实施方式一相同。
具体实施例方式
十四本实施方式硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料按以下步骤制备(一)石英纤维表面预处理石英纤维在380～420℃、氮气环境中停留8～12min；(二)浸胶将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1.5％的甲磺酸溶液中13～17min；(三)经过浸胶的石英纤维通过刮胶辊后送入240～260℃、氮气环境中干燥8～12min，以除去涂层中的溶剂甲磺酸；(四)将涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与甲基硅树脂混合、模压，其中甲基硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与甲基硅树脂混合物总质量的30％～40％，即得到硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料。
本实施方式步骤(二)中含有聚苯并双噁唑的甲磺酸溶液的制备方法先按聚苯并双噁唑占聚苯并双噁唑与甲磺酸总质量1.5％的比例将聚苯并双噁唑加入浓度为分析纯的甲磺酸中，再在35℃的条件下密封搅拌7天，即得到聚苯并双噁唑质量分数为1.5的甲磺酸溶液。本实施方式中石英纤维涂覆的聚苯并双噁唑(PBO)在520℃时分解，温度为650℃时PBO分解达到最大值，温度升至710℃时PBO完全分解。
权利要求
1.硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料按以下步骤制备(一)石英纤维表面预处理石英纤维在380～420℃、氮气环境中停留8～12min；(二)浸胶将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1％～2％的甲磺酸溶液中10～20min；(三)经过浸胶的石英纤维通过刮胶辊后送入180～200℃、氮气环境中干燥8～12min；(四)将涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合、模压，其中硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合物总质量的30％～40％，即得到硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(一)中石英纤维在390～410℃、氮气环境中停留9～11min。
3.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(一)中石英纤维在400℃、氮气环境中停留10min。
4.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(二)中将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1.2％～1.8％的甲磺酸溶液中12～18min。
5.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(二)中将经过表面预处理的石英纤维浸入聚苯并双噁唑质量分数为1.4％～1.6％的甲磺酸溶液中13～17min。
6.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(二)中含有聚苯并双噁唑的甲磺酸溶液的制备方法先按聚苯并双噁唑占聚苯并双噁唑与甲磺酸总质量1％～2％的比例将聚苯并双噁唑加入浓度为分析纯的甲磺酸中，再在30～40℃的条件下密封搅拌6～8天，即得到聚苯并双噁唑质量分数为1％～2％的甲磺酸溶液。
7.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(三)中经过浸胶的石英纤维通过刮胶辊后送入185～195℃、氮气环境中干燥9～11min。
8.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于步骤(四)中硅树脂占涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合物总质量的32％～38％。
9.根据权利要求1所述的硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，其特征在于硅树脂为甲基硅树脂。
全文摘要
硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料的制备方法，它涉及一种硅树脂与石英纤维复合材料的制备方法。它解决了目前硅树脂与石英纤维复合材料在高温条件下石英纤维的增强效果下降，复合材料的高温力学性能差的问题。本发明复合材料制备方法(一)石英纤维表面预处理；(二)浸胶；(三)通过刮胶辊后干燥；(四)将涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维与硅树脂混合、模压，即得到硅树脂与涂覆聚苯并双噁唑的石英纤维复合材料。本发明制备的复合材料在500℃烧蚀30min后的弯曲强度达到54～60MPa，剪切强度达到5.2～5.6MPa，分别比目前现硅树脂与石英纤维复合材料的提高了2～2.5和2.1～2.5倍。
文档编号C08J5/04GK1908066SQ200610010358
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月2日 优先权日2006年8月2日
发明者刘丽, 黄玉东, 王磊 申请人:哈尔滨工业大学