一种耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料及其制备方法，所述的耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料是先将埃洛石纳米管活化后，再与酚醛树脂预聚体原位共混制备而得。本发明专利技术对埃洛石纳米管进行预活化处理，使埃洛石纳米管中的活性基团可参与到酚醛树脂预聚体的固化反应中，实现原位共混的目的，提高两相材料的相容性。本发明专利技术在提高复合材料的力学性能和烧蚀防热性能的同时降低了成本。本发明专利技术的制备方法具有反应时间短、操作简便、原料易得，适合大规模的工业化生产等优点。适合大规模的工业化生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐烧蚀高分子复合材料及其制备方法，更具体地说，是涉及一种耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]烧蚀防热是指利用有机高分子材料在高温作用下，发生化学分解、气化蒸发、熔融、碳质升华等多种化学和物理变化，通过牺牲材料自身的质量带走大量气动热，从而阻止热量传导入工程结构内部的一种方式。在热沉式、烧蚀式和非烧蚀式三大传统热防护方式中，烧蚀防热材料（烧蚀型热防护材料）具有高可靠性、高性价比、装配工艺简捷、功能可灵活修饰等诸多优点。烧蚀防热至今仍被认为是最有效、最可靠、最成熟、最经济的一种热防护方式，烧蚀防热材料广泛使用在建筑，汽车，工程塑料，涂料，绝缘电缆，及航天飞行器热防护系统等领域。
[0003]通过物理掺杂的手段，在以酚醛树脂为代表的通用树脂中，引入纳米尺度的无机添加剂，可提高其耐烧蚀性能。但通常无机纳米材料与通用树脂相容性较差，使复合材料中易出现微相分离结构，容易存在应力集中点，诱使材料产生微裂纹的现象，导致聚合物基材料的抗机械剥蚀作用的能力较弱。
[0004]专利CN113276496A公开一种轻质防隔热一体化碳纤维增强酚醛树脂复合材料，属于热防护材料
所述复合材料包含抗氧化烧蚀层、隔热层以及厚度调控层，抗氧化烧蚀层由无机陶瓷粒子含量不同的改性碳纤维布Ⅰ组成，每种改性碳纤维布Ⅰ的层数为1～4，N种改性碳纤维布Ⅰ的总层数为9；隔热层是层数为7～12且采用轻质隔热填料改性的改性碳纤维布Ⅱ；厚度调控层为未改性碳纤维布，层数由所述材料的总厚度决定；上述碳纤维布按特定顺序依次铺层后再热压成型得到所述复合材料。该专利技术通过对复合材料中改性碳纤维布的无机粒子含量、轻质填料含量、层数以及排布方式进行优化，实现了轻质防隔热一体化，但该方法中碳纤维材料的较为昂贵。
[0005]专利CN111548573A公开了一种纤维增强酚醛树脂复合材料空心球，空心球以聚苯乙烯泡沫球为复合材料空心球的载体，先在载体上包覆一层二氧化硅，再在球形内核表面均匀包覆多层纤维增强树脂混合浆料，直至空心球达到目标密度。该专利技术中采用聚苯乙烯泡沫球作为载体，获得密度小、强度高的纤维增强空心球，采用层层自组装静电吸附纳米二氧化硅作为聚苯乙烯泡沫球的基层，使 聚苯乙烯泡沫球表面粗糙化，提高了聚苯乙烯泡沫球与酚醛树脂的结合性能，但该空心球的制备过程仍较为繁琐。
[0006]可见，上述报道的耐烧蚀酚醛树脂复合材料或是成本高，或是制备过程繁琐。因此开发一种成本低、制备简单的高性能酚醛树脂耐烧蚀防热材料具有重要的研究价值和商业前景。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料及其制备方
法，以解决现有酚醛树脂复合防热材料成本高、制备过程复杂、不能兼具良好抗烧蚀性和力学性能的问题。
[0008]本专利技术是这样实现的：一种耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）取埃洛石粗粉，加入蒸馏水中，配制成混悬液，然后加入六偏磷酸钠，再调节混悬液pH值至7.5~10，搅拌，离心，弃去下层沉淀物，取上层悬浮液，再次离心，收集沉淀产物，冷冻干燥，得活化埃洛石纳米管；（2）取等质量的酚醛树脂预聚体和活化埃洛石纳米管并混合均匀，再加入小于或等于上述混合物质量的酚醛树脂预聚体并混合均匀，如此增加并混合，直至全部混合均匀后，放入模具中；（3）对模具进行加热加压，完成后脱模，即得埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料。
[0009]步骤（1）中，埃洛石粗粉与六偏磷酸钠得质量比为100:0.8~1.5，优选为100:1.0~1.4，更有选为100:1.2~1.3；埃洛石粗粉与蒸馏水的质量体积比为1g:(5～10)mL，优选为1g:(7～9)mL。
[0010]步骤（1）中，使用氢氧化钠调节混悬液pH值，混悬液pH值优选为8~9，更优选为8.5~9。
[0011]步骤（1）中，搅拌处理时间为18~30h，优选为20~28h，更优选为22~26h；离心速率设置为3000~10000rpm，优选为5000~10000rpm，更优选为7000~10000rpm。
[0012]步骤（2）中，活化埃洛石纳米管的用量为酚醛树脂预聚体总质量的10%~50%。
[0013]步骤（2）中，酚醛树脂预聚体的粘度为30~600秒（涂
‑
4，25℃），优选为100~300秒（涂
‑
4，25℃），更优选为120
‑
250秒（涂
‑
4，25℃）。
[0014]步骤（2），埃洛石纳米管长度为0.2~10μM，优选为0.2~5μM，更优选为0.5~2μM。埃洛石纳米管内径为10~100 nm，优选为20 ~80 nm，更优选为20~50 nm。
[0015]步骤（2），所述模具中涂布有二甲基硅油，二甲基硅油涂布量与酚醛树脂预聚体埃洛石纳米管总量的质量比为1%~10%，优选为2~8%，更优选为4~6%。
[0016]步骤（3）中，将模具放于平板硫化机上进行加热加压制样，平板硫化机设置压力为2~10 Mpa，优选为3~8 Mpa，更优选为4~6 Mpa。
[0017]步骤（3）中，加热加压过程分为三个阶段，第一阶段温度为60~100℃，优选为70~90℃，加热时间为30~60分钟，优选为40~50分钟；第二阶段温度为120~160℃，优选为130~150℃，加热时间为40~80分钟，优选为50~70分钟；第三阶段温度为180~220℃，优选为190~210℃，加热时间为30~60分钟，优选为40~50分钟。
[0018]本专利技术对埃洛石纳米管进行预活化处理，使埃洛石纳米管中的活性基团可参与到酚醛树脂预聚体的固化反应中（形成稳定化学键），实现原位共混的目的。通过梯度混匀的方式，使埃洛石纳米均匀分散在酚醛树脂预聚体中，避免团聚。由此，大大提高两相材料的相容性，所制备的埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料兼具优良的力学性能和烧蚀防热性能。而且，埃洛石纳米管与酚醛树脂预聚体两种原料的成本比值为1:5~1:10，埃洛石纳米管的加入可显著降低酚醛树脂复合材料的原料成本。
[0019]本专利技术可高效制备埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料，并可通过埃洛石的活化、酚醛树脂复合材料制备工艺的控制，实现对复合材料拉伸强度、冲击强度、烧蚀性能的提升，
min、140℃/60 min和200℃/50 min。加热完成后，将平板硫化机温度调至室温，泄压取出样条。
[0031]实施例2：埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料（20%）的制备称取2.0 g活化HNTs，与2.0 g酚醛树脂预聚体均匀混合，然后在上述混合物中加入4.0 g酚醛树脂预聚体，再次均匀混合后，加入4.0 g酚醛树脂预聚体，充分混匀后放入订制的长宽高分别为80
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20
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4 mm的模具中(以脱模剂二甲基硅油均匀涂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐烧蚀埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：（1）取埃洛石粗粉，加入蒸馏水中，配制成混悬液，然后加入六偏磷酸钠，再调节混悬液pH值至7.5~10，搅拌，离心，弃去下层沉淀物，取上层悬浮液，再次离心，收集沉淀产物，冷冻干燥，得活化埃洛石纳米管；（2）取等质量的酚醛树脂预聚体和活化埃洛石纳米管并混合均匀，再加入小于或等于上述混合物质量的酚醛树脂预聚体并混合均匀，如此增加并混合，直至全部混合均匀后，放入模具中；（3）对模具进行加热加压，完成后脱模，即得埃洛石纳米管/酚醛树脂复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中，埃洛石粗粉与蒸馏水的质量体积比为1g:(5～10)mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中，调节混悬液pH值至8~9。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中，搅拌时间为18~30h；离心速率为3000~10000rpm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴信武，赵洪池，武永刚，白利斌，张海磊，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：