一种轻质隔热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种轻质隔热复合材料及其制备方法，该复合材料包括：酚醛树脂100份；混纺纤维12～100份；其中，酚醛树脂中挥发份的含量为5～10份；混纺纤维通过无机纤维和有机纤维混纺后短切而成。通过以下方式制备：采用连续的无机纤维和有机纤维混纺制备混纺纤维，然后将连续混纺纤维加捻后短切为设定长度的短切混纺纤维；将酚醛树脂与短切混纺纤维进行均匀混合、分散、干燥，制备轻质混纺纤维预浸料；采用模压成型工艺，将预浸料均匀装入热压模具中，在80～100℃加压3～10MPa定型，固化温度130～180℃，固化时间3～7h，制备得到复合材料。本发明专利技术制备的轻质隔热复合材料密度小，具有良好的力学性能、隔热性能与耐温性能，适用于武器的防隔热系统。

【技术实现步骤摘要】
一种轻质隔热复合材料及其制备方法
本专利技术属于功能复合材料及工艺
，特别涉及一种轻质隔热复合材料及其制备方法。
技术介绍
飞行器在高速飞行过程中面临的一个重要问题就是气动加热。气动热会改变飞行器机体表面结构和内舱工作空间的温度，进而影响飞行器的正常运转，因此，防隔热设计非常重要。以纤维及其织物增强的树脂基复合材料是目前耐烧蚀材料的主要使用形式之一。近年来，随着航天飞行器及导弹武器飞行时间和飞行距离的提高，以及飞行过程中热流的降低和对突防能力的要求提升，飞行器表面的防热对防隔热材料提出了轻质、隔热、功能化等新的要求。飞行器的重量影响着飞行器飞行距离的长短，而热防护系统重量是组成飞行器重量的一个重要部分，因此开发轻质的防隔热复合材料尤为重要。目前，常用的复合材料轻质化改性主要有引入气孔、添加低密度填料和蜂窝增强复合材料三种方式。在研制酚醛基轻质隔热复合材料的过程中，增强体纤维的有效体积含量会降低，孔隙和树脂相对含量增多，复合材料的力学性能下降。因此，需要考虑材料力学性能的降低对制品成型的影响，以避免酚醛复合材料制品的开裂等。目前，提高酚醛基轻质复合材料力学强度的思路主要有：第一，采用轻质的有机纤维替代玻璃纤维，保持纤维体积含量降低不多的情况下，来实现复合材料密度的降低，该方法存在的问题在于较难平衡低密度和隔热、力学性能之间的平衡；第二，将增强体纤维形成连续网络结构，但由于轻质复合材料中增强体纤维相对含量较低，复合材料中纤维不能形成有效的增强网络，因此材料的性能下降明显。因而，亟需对轻质隔热复合材料进行研究，以期获得适用于飞行器的满足轻质、隔热和力学强度要求的材料。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种轻质隔热复合材料及其制备方法，复合材料采用无机纤维和有机耐热纤维混纺制备轻质纤维，采用酚醛树脂作为耐烧蚀树脂基体，同时引入玻璃空心微球进一步降低复合材料密度，该复合材料具有较低的密度(0.7～1.3g/cm3)和良好的隔热性能，易于成型，并具有良好的力学性能与耐温性能，能够为导弹系统提供隔热的功能，使导弹满足严酷的飞行环境要求，从而完成本专利技术。本专利技术提供了的技术方案如下：第一方面，一种轻质隔热复合材料，该复合材料包括以下质量配比的组分：酚醛树脂100份；混纺纤维12～100份；其中，酚醛树脂中挥发份的含量为5～10份；混纺纤维通过无机纤维和有机纤维混纺后短切而成。进一步地，混纺纤维中无机纤维线密度为10～100tex，有机纤维线密度为10～50tex，混纺纤维束比例为无机纤维：有机纤维＝(1～10)：1。进一步地，该复合材料的原料还包括轻质填料，选自玻璃空心微球、酚醛空心微球中的一种或多种；基于100质量份的酚醛树脂，轻质填料的用量为3～30质量份。进一步地，该复合材料的原料还包括改性助剂，选自有机硅树脂、硅烷偶联剂中的任意一种；基于100质量份的酚醛树脂，改性助剂的用量为0.1～5质量份。第二方面，一种轻质隔热复合材料的制备方法，用于制备上述第一方面所述的轻质隔热复合材料，包括以下步骤：步骤1，混纺纤维的制备：采用连续的无机纤维和有机纤维混纺制备混纺纤维，然后将连续混纺纤维加捻后短切为设定长度的短切混纺纤维；步骤2，预浸料的制备：将酚醛树脂与短切混纺纤维进行均匀混合、分散、干燥，制备轻质混纺纤维预浸料；步骤3，复合材料的制备：采用模压成型工艺，将预浸料均匀装入热压模具中，在80～100℃加压3～10MPa定型，固化温度130～180℃，固化时间3～7h，制备得到复合材料。根据本专利技术提供的一种轻质隔热复合材料及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术中复合材料采用酚醛树脂与混纺纤维制备，混纺纤维通过无机纤维和有机纤维混纺后短切而成，特定无机纤维和有机纤维的混合使用，通过采用耐高温的低密度有机纤维替代一部分无机纤维，可明显降低复合材料纤维增强体部分的体密度，从而获得更轻质的隔热复合材料；(2)本专利技术中复合材料中添加有轻质填料，特定种类和尺寸的轻质填料，在减重和隔热的同时，保证了力学强度；(3)本专利技术中酚醛树脂、混纺纤维和轻质填料的组合，具有较低的密度和良好的隔热性能，易于成型，并具有良好的力学性能与耐温性能，能够为导弹系统提供隔热的功能，使导弹满足严酷的飞行环境要求。附图说明图1为轻质隔热复合材料的金相照片。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。根据本专利技术的第一方面，提供了一种轻质隔热复合材料，包括以下质量配比的组分：酚醛树脂100份混纺纤维12～100份其中，酚醛树脂中挥发份的含量为5～10份；混纺纤维通过无机纤维和有机纤维混纺后短切而成，优选地，无机纤维线密度为10～100tex，有机纤维线密度为10～50tex，混纺纤维束比例为无机纤维：有机纤维＝(1～10)：1，即1根有机纤维和1～10根无机纤维混纺为1纤维束。在本专利技术中，所述酚醛树脂选自镁酚醛树脂、钡酚醛树脂、氨酚醛树脂、或者上述树脂的增韧、阻燃、耐烧蚀改性树脂中的任意一种或多种。选用上述酚醛树脂是由于酚醛树脂具有良好的耐热性，热分解温度高，且在高温下热失重率小，氮气环境下800℃残重较高，残重率为55-70％，因此，酚醛树脂利于作为飞行器防隔热的基体材料。在本专利技术中，所述的混纺纤维中，无机纤维选自实心石英纤维、空心石英纤维、高硅氧玻璃纤维、碳纤维中的一种或多种，优选空心石英纤维，空心石英纤维的空心度为0.3～0.6；有机纤维选自实心聚酰亚胺纤维、多孔聚酰亚胺纤维中的一种或多种，优选多孔聚酰亚胺纤维。选用无机纤维和有机纤维混纺、短切制备得到混纺纤维，通过采用耐高温的低密度有机纤维替代一部分无机纤维，可明显降低复合材料纤维增强体部分的体密度，从而获得更轻质的隔热复合材料。特别地，聚酰亚胺纤维作为混纺纤维的组分之一，聚酰亚胺纤维耐温达500℃，是当前耐温最高的有机纤维之一且力学强度高，若选用多孔聚酰亚胺纤维，则可进一步实现轻质化目的；空心石英纤维作为混纺纤维的组分之一，空心石英纤维为纤维空心结构，能在不降低烧蚀性能的前提下，有效降低复合材料密度和热导率。通过混纺后短切的方式，将无机纤维与有机纤维混合，能够有效保证混合的均匀性。在一种优选的实施方式中，混纺纤维短切长度为18～90mm。若长度过低且低于上述最小值，则复合材料力学性能和烧蚀过程抗剥蚀能力较差；若长度过大且大于上述最大值，则复合材料的成型工艺性较差。在本专利技术中，该复合材料的原料还包括轻质填料，选自玻璃空心微球、酚醛空心微球中的一种或多种，优选玻璃空心微球。进一步地，基于100质量份的酚醛树脂，轻质填料的用量为3～30质量份，优选为3～20质量份。进一步地，轻质填料空心微球的直径可为本领域常规，优选地，轻质填料的粒径为15～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质隔热复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下质量配比的组分：/n酚醛树脂 100份；/n混纺纤维 12～100份；/n其中，酚醛树脂中挥发份的含量为5～10份；/n混纺纤维通过无机纤维和有机纤维混纺后短切而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种轻质隔热复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下质量配比的组分：
酚醛树脂100份；
混纺纤维12～100份；
其中，酚醛树脂中挥发份的含量为5～10份；
混纺纤维通过无机纤维和有机纤维混纺后短切而成。


2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，混纺纤维中无机纤维线密度为10～100tex，有机纤维线密度为10～50tex，混纺纤维束比例为无机纤维：有机纤维＝(1～10)：1。


3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述酚醛树脂选自镁酚醛树脂、钡酚醛树脂、氨酚醛树脂、或者上述树脂的增韧、阻燃、耐烧蚀改性树脂中的任意一种或多种。


4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，无机纤维选自实心石英纤维、空心石英纤维、高硅氧玻璃纤维、碳纤维中的一种或多种；其中，空心石英纤维的空心度为0.3～0.6。


5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，有机纤维选自实心聚酰亚胺纤维、多孔聚酰亚胺纤维中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，混纺纤维短切长度为18～90mm。


7.根据权利要求1所述的复合材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李然，吴文敬，李寅，王晓静，耿琼，宋元明，李阳，邓竞科，刘岩，韩宇，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11