一种疏水型二氧化硅陶瓷复合材料及制备方法与流程

本发明涉及一种疏水型二氧化硅陶瓷复合材料及制备方法，属于特种陶瓷材料。

背景技术：

1、天线罩/天线窗作为飞行器导引系统的电磁传输部件，发挥着透波、隔热、承载及耐冲刷等多种用途，是寻的系统不可或缺的重要组成部分。

2、纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料具有耐高温、低介电、抗烧蚀、高韧性、低热导等众多有点，因此在超高速、大载荷、高机动飞行器透波构件中得到了广泛的应用。

3、但是，纤维增强二氧化硅复合材料需要采用特殊的成型工艺，导致材料内部的孔隙率高且存在一定量的硅羟基，使得二氧化硅陶瓷复合材料具有较强的亲水性或吸湿性，严重损害二氧化硅陶瓷复合材料的介电稳定性及构件的电磁特性。

4、因此，对纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料开展疏水化处理十分必要。

5、目前，抑制二氧化硅陶瓷复合材料亲水或吸湿的方法通常有两类。

6、第一类方法采用高气密性的塑料膜，如聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜等，进行表面粘贴铺覆防潮。虽然这类薄膜具有良好的气密性，能够有效阻隔水汽向纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料内部的渗透、扩散，确保材料的介电性能稳定。但是此类薄膜的延展性较差、附着力不强且耐环境性差、工艺适应性差，难以满足异形、复杂、半封闭或具有不可展面的复合材料构件的防护要求。

7、第二类方法采用有机涂料，如环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、氟橡胶及硅树脂等，喷涂在材料表面形成漆膜进行防潮。这类涂料虽然具有良好的成膜性和较低的表面能，但是聚合物涂层的分子结构粗大，其分子间间距或孔隙明显高于聚乙烯、聚丙烯，涂层内部较大的分子孔隙难以阻隔材料构件在长期存放过程中水分子的缓慢渗透，且材料内部的硅羟基对穿透涂层的水分子具有较强的亲和及束缚作用，导致有机涂层也难以维持纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料制品在长期存放、使用过程中的电气性能稳定。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，充分利用纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料的多孔特性，提供了一种以预处理液为疏水改性试剂，通过液相浸渍工艺对纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料或其构件实现整体结构性疏水的制备方法以及由所述方法制得的产品。

2、本发明在第一方面提供了一种疏水型二氧化硅陶瓷复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

3、(1)对纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料进行预干燥，获得待浸渍复合材料；

4、(2)使用预处理液对所述待浸渍复合材料进行浸渍，得到预浸料；

5、(3)对所述预浸料进行二次干燥并固化，获得疏水型二氧化硅陶瓷复合材料；

6、其中，所述预处理液包含有机硅烷、有机硅树脂和醇溶剂，优选由有机硅烷、有机硅树脂和醇溶剂配制而成，更优选由有机硅烷、有机硅树脂和醇溶剂组成。

7、本发明在第二方面提供了由本发明第一方面所述的方法制得的疏水型二氧化硅陶瓷复合材料(本文有时简称“疏水型复材”)。

8、本发明与现有技术相比的有益效果：

9、(1)本发明采用的用于配制预处理液的原料中硅氧含量高、碳氢含量低，相比于采用传统碳氢为主的有机原料的薄膜铺覆工艺或有机涂层喷涂工艺，有机硅高温下残碳率低且挥发分少，对材料的介电性能稳定和部件整体防隔热更为有利。

10、(2)本发明采用有机硅树脂与硅烷相结合的液相处理方式，充分利用了二氧化硅复合材料中的孔道，实现了对二氧化硅复合材料内外部整体式化学改性，从本征结构上将材料由亲水变疏水，同时在材料表面形成聚合物层阻隔湿气渗透，有效解决了二氧化硅复合材料及制品的高吸湿问题。

11、(3)本发明采用有机硅进行液相疏水的方式，与表面铺覆、表面喷涂相比，操作工艺更简便、灵活、适用性强，处理方法不受构件结构及尺寸影响，具有极强的推广应用前景。

技术特征：

1.一种疏水型二氧化硅陶瓷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：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅烷具有通式rx-si-ry，其中，rx为甲基、乙基、丙基或异丙基，ry为氯基、甲氧基、乙氧基或乙酰基，x为1、2或3，y为1、2或3，并且x和y之和为4；优选的是，rx为甲基，ry为甲氧基，x为3，并且y为1。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅树脂为主链侧基选自甲基、乙基、乙烯基、乙炔基、丙基和苯基中的一种或两种基团的有机硅树脂；优选的是，所述有机硅树脂的主链侧基为甲基。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂为脂肪醇，优选为选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇、正丁醇、丙酮中的一种或两种；更优选的是，所述醇溶剂为乙醇。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述预处理液中，所述有机硅烷的摩尔百分比为30％至70％，所述有机硅树脂的的摩尔百分比为10％至30％，所述醇溶剂的摩尔百分比为10％至40％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料由石英纤维织物和二氧化硅基体两相组成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述固化的最高固化温度为120℃至160℃，并且在所述最高固化温度进行固化的时间不少于2h。

10.权利要求1至中任一项所述的制备方法制得的疏水型二氧化硅陶瓷复合材料。

技术总结
本发明涉及一种疏水型二氧化硅陶瓷复合材料及制备方法。所述制备方法包括：对纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料进行预干燥；使用由有机硅烷、有机硅树脂和醇溶剂配制而成的预处理液进行浸渍；对经浸渍的复合材料进行二次干燥并固化，获得所述疏水型二氧化硅陶瓷复合材料。本发明还涉及由所述制备方法制得的疏水型二氧化硅陶瓷复合材料。本发明通过有机硅液相浸渍，实现纤维增强二氧化硅陶瓷复合材料的整体式结构性疏水，使所述复合材料具备长期防潮性能；有机硅高温下残碳率低且挥发分少，确保了所述复合材料的介电性能稳定和部件整体防隔热性能良好；同时液相处理工艺简便、灵活、适应性强，具有极强的推广应用前景。

技术研发人员：杨小波,许国宇,张冰清,孙志强,吴焘,苑贺楠,张剑,于长清
受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15