一种耐烧蚀、承载和隔热酚醛树脂复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及有机热防护材料，具体涉及一种耐烧蚀-承载-隔热于一体的酚醛树脂复合材料及其制备方法，尤其适用于发动机喷管。

背景技术：

1、近年来，随着大推力、高比冲、长航时的固体火箭发动机的发展，对喷管用热防护材料的耐烧蚀、防隔热、气动型面保持和长时间服役性能等综合性能提出更高要求。因此，能够承受复杂热-力耦合作用的热防护材料是支撑高性能发动机喷管发展的核心关键。

2、纤维增强酚醛树脂基复合材料具有密度低、热膨胀系数低、耐热性好、强度大、耐烧蚀等优点，是最具潜力的喷管用热防护材料，被广泛用在喷管喉部以外的绝热层和烧蚀层。

3、但传统酚醛树脂脆性大、固化收缩率大、成炭率偏低、热解炭石墨化程度低等缺点使其复合材料越来越难以满足高性能喷管的发展要求。其脆性大、韧性差会导致复合材料在粒子冲刷作用下发生开裂、分层，影响喷管的尺寸稳定性和气动型面；同时其耐热性偏低会导致高性能喷管用复合材料的耐烧蚀性能不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种耐烧蚀、承载和隔热酚醛树脂复合材料。

2、为此，本发明所提供的复合材料的制备原料包括：热塑性酚醛树脂:80-120质量份，热固性酚醛树脂:10-30质量份，固化剂：5-20质量份，增韧剂：5-20质量份，纳米填料：1-10质量份，短切纤维填料：20-100质量份；

3、所述固化剂选自：六次甲基四胺、甲醛、多聚甲醛、二茂铁甲醛、二茂铁二甲醛、吲哚-3-甲醛、吲哚-3-乙醛和叔丁醇钙中的一种或多种混合物；

4、所述增韧剂选自聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛和丁腈橡胶中的一种或多种混合物；

5、所述纳米填料选自二氧化硅、硼化锆和碳化硅中的一种或多种混合物；

6、所述短切纤维填料选自高硅氧纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种或多种混合物。

7、优选的方案是，所述固化剂选自六次甲基四胺和二茂铁二甲醛的混合物或六次甲基四胺、吲哚-3-乙醛和叔丁醇钙的混合物。

8、可选的方案是，所述热塑性酚醛树脂的邻对比(o/p)为1-3，分子量为800-1500。

9、可选的方案是，所述热固性酚醛树脂的分子量为1000-2500，固含量60-90％，粘度为500-2000mpa.s。

10、本发明同时提供了上述复合材料的制备方法。所述方法包括：

11、首先将热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂混合均匀，再将固化剂和增韧剂加入后混合均匀，再加入纳米填料混合均匀，最后加入短切纤维混匀后于4-6mpa压力下分两阶段固化，一阶段90-110℃固化1-3h，二阶段160-180℃固化2-4h。

12、现有技术中酚醛树脂基体固有的脆性大、固化收缩率大、耐热性偏低、成炭率偏低等缺点使其越来越难以满足喷管的发展要求。为此，已有大量的研究采用纳米填料改性酚醛树脂的方式来提高其韧性和耐热性，但是往往二者是相互竞争、难以兼顾的，导致其复合材料的防隔热、耐烧蚀性能仍然难以满足固体火箭发动机的发展需求。

13、而本发明利用在酚醛网络中引入不同固化剂和增韧剂，构筑化学键、阳离子-π、配位键多重交联，该交联方式作用力大且作用距离长，同时可以不断解离和重构，使得交联点具有超高的能量耗散能力，显著提升酚醛树脂复合材料的强度和韧性。同时原料加入耐高温填料，可以减缓高温下的酚醛树脂主链链式降解，提高残碳率，同时它们能和有机基体的分解产物相互粘结生成致密防护层，可以有效隔绝热量和抑制氧气传输，从而得到耐烧蚀-承载-隔热于一体酚醛树脂复合材料。尤其适用于发动机喷管。

技术特征：

1.一种耐烧蚀、承载和隔热酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述材料的制备原料包括：热塑性酚醛树脂:80-120质量份，热固性酚醛树脂:10-30质量份，固化剂：5-20质量份，增韧剂：5-20质量份，纳米填料：1-10质量份，短切纤维填料：20-100质量份；

2.根据权利要求1所述的耐烧蚀、承载和隔热于一体的酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述固化剂选自六次甲基四胺和二茂铁二甲醛的混合物或六次甲基四胺、吲哚-3-乙醛和叔丁醇钙的混合物。

3.根据权利要求1所述的耐烧蚀、承载和隔热于一体的酚醛树脂复合材料，其特征在于：所述热塑性酚醛树脂的邻对比为1-3，分子量为800-1500。

4.根据权利要求1所述的耐烧蚀、承载和隔热于一体的酚醛树脂复合材料，其特征在于，所述热固性酚醛树脂的分子量为1000-2500，固含量60-90％，粘度为500-2000mpa.s。

5.权利要求1所述耐烧蚀、承载和隔热酚醛树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结
本发明公开了一种耐烧蚀、承载和隔热酚醛树脂复合材料及其制备方法。所公开复合材料的制备原料包括：热塑性酚醛树脂:80‑120质量份，热固性酚醛树脂:10‑30质量份，固化剂：5‑20质量份，增韧剂：5‑20质量份，纳米填料：1‑10质量份，短切纤维填料：20‑100质量份。本发明利用在酚醛网络中引入不同固化剂和增韧剂构筑化学键、阳离子‑π、配位键多重交联，该交联方式作用力大且作用距离长，同时可以不断解离和重构，使得交联点具有超高的抵抗破坏和能量耗散能力，显著提升酚醛树脂复合材料的强度和韧性。尤其能满足高性能发动机喷管的发展需求。

技术研发人员：雷子萱,杨剑,边城,王乐,惠昆,屈鸿建,关胜杰,闫宁,胡少青,杨燕京
受保护的技术使用者：西安近代化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8