[发明专利]一种高抗冲刷可陶瓷化阻燃树脂及制备方法

说明书

本发明提出一种高抗冲刷可陶瓷化阻燃树脂及制备方法，包括苯并噁嗪树脂、阻燃剂、可陶瓷化材料、增韧剂和引发剂，其中阻燃剂与苯并噁嗪树脂进行接枝共聚，在分子水平上对苯并噁嗪树脂进行增强，进而提高苯并噁嗪树脂的热稳定性及力学性能，同时阻燃剂在熔融条件下会与可陶瓷化材料反应，加速陶瓷层的形成。本发明的树脂材料可维性效果好且具有高的抗冲刷、抗烧蚀以及阻燃能力，可广泛用于导弹弹体、火箭、航天器再入舱或者弹道导弹用抗烧蚀涂层或者外防热结构。

技术领域

本发明涉及一种高抗冲刷可陶瓷化阻燃树脂及制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

树脂基烧蚀材料作为一种防热材料，主要用于导弹弹体、航天器再入舱外表面和火箭发动机内表面等。这种材料在热流作用下能发生分解、熔化、蒸发、升华、侵蚀等物理和化学变化，借助材料表面的质量损失消耗大量热量，以达到保护飞行器内部作用。

另一方面，随着飞行器飞行速度的增加，普通的烧蚀型树脂基复合材料在高温环境下烧蚀量过大，不能满足飞行器气动外形要求。目前常用的处理方法是在烧蚀型树脂基复合材料中添加可陶瓷化添加剂，在中低温阶段，依靠耐烧蚀树脂自身的耐烧蚀性防热；当环境温度超过材料可陶瓷化温度点后，树脂基复合材料分解，材料进行可陶瓷化转变，依靠陶瓷材料自身耐热性起到热防护作用。可陶瓷化树脂基复合材料是一种新型热防护材料，但该类复合材料通常采用在烧蚀型树脂基体中物理添加可陶瓷化材料，可陶瓷化材料与树脂的相容性一般较差，且添加后对树脂基体的固化过程影响较大，成型复杂构件时工艺可操作性较差；另一方面，高温条件下树脂基体分解炭化，无规散落分布在陶瓷材料表面，在陶瓷表面形成的陶瓷保护层结构疏松，最终导致超高温下形成的陶瓷材料不够致密，抗冲刷和可维形效果较差，大面积应用受到一定限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种能大幅提升抗冲刷、抗烧蚀能力以及可维性效果好的可陶瓷化阻燃树脂及制备方法。

本发明的技术解决方案：一种高抗冲刷可陶瓷化阻燃树脂，包括苯并噁嗪树脂、阻燃剂、可陶瓷化材料、增韧剂、引发剂，各组份质量份数如下，

所述的苯并噁嗪树脂还可优选为改性苯并噁嗪树脂，包括烯丙基苯并噁嗪树脂、噁唑啉基苯并噁嗪树脂、酚酞基苯并噁嗪树脂等，树脂纯度≥95％。与传统苯并噁嗪树脂相比，采用改性苯并噁嗪树脂主要为了进一步改善复合材料的耐热性、阻燃性、介电性能及导热性和固化性能等。

所述的可陶瓷化材料为聚氮硅烷、聚碳硅烷、聚硅氧烷中的至少一种，且上述可陶瓷化材料表面具有硅氧键或硅氢键等高活性基团，可陶瓷化材料的含量为苯并噁嗪树脂的40％～60％，在此范围内能保证材料的抗冲刷、抗烧蚀性能以及力学性能才能达到最佳。超出此范围，可陶瓷化材料的组分用量过低，陶瓷层的形成速率下降，抗冲刷、抗烧蚀性能性能下降；可陶瓷化材料的组分用量过高，烧蚀材料性能性能较好，但中低温条件下的力学性能大大降低。另外，利用可陶瓷化材料表面存在的高活性基团，在引发剂作用下实现与苯并噁嗪树脂的共固化，成型复杂形状结构件时工艺可操作性较好，且由于可陶瓷化材料与苯并噁嗪树脂形成了致密的交联网络结构，在高温条件下，树脂基体分解可在陶瓷材料表面形成整体性好的稳定致密的保护层，对材料烧蚀性能及维形效果的提高也具有较好的协同效应。

所述的阻燃剂为POSS(多面体倍半硅氧烷)基阻燃剂，用量为苯并噁嗪树脂用量的5％～10％，POSS基阻燃剂作为一种不含卤素的纳米尺寸的阻燃高分子，可以与苯并噁嗪树脂接枝共聚，在分子水平上对苯并噁嗪树脂进行增强，进而提高苯并噁嗪树脂的热稳定性及力学性能；且由于POSS具有很好的热稳定性，其无机硅氧骨架结构使其在高温下燃烧时仍有稳定的结构，在分解温度下POSS会迅速被氧化成为SiO₂，可在苯并噁嗪树脂的表面形成一层致密的陶瓷型炭层，该炭层能隔热、隔氧，起到进一步有效保护苯并噁嗪树脂基体。