[发明专利]一种耐高温石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物的制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物的制备方法，所述方法以间苯二酚‑对苯二甲醛树脂为基体树脂，通过液相浸渍‑溶胶凝胶‑高温炭化工艺制备耐高温的石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物。本发明制备的石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料在氮气气氛下进行高温热转化处理形成的复合材料炭化衍生物未出现碎裂情况，且不发生剥离现象。本发明制备的石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物具有良好的耐热氧性，热分解温度较高，在高温条件下拥有较高的质量保留率。本发明制备的石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物块体材料宏观结构完整，具有较低的密度。

技术领域

本发明涉及一种耐高温石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物的制备方法。

背景技术

酚醛树脂具有优异的阻燃性、耐高温性、耐腐蚀性等特性，可作为耐高温涂层、粘合剂以及复合材料基体，在化工、航空航天等器件的热防护领域有着广泛应用。但传统酚醛树脂在热氧条件下发生严重降解，致使其高温下质量保留率低，易碎裂。同时传统酚醛树脂合成原料中甲醛为有毒有害物质，易挥发，不符合绿色可持续的化学反应理念，对于酚醛树脂高温下的应用有着很大的局限性。

发明内容

为了解决传统酚醛树脂原料不环保以及高温条件下耐热氧性差和易碎裂的问题，本发明提供了一种耐高温石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物的制备方法。该方法以间苯二酚-对苯二甲醛树脂为基体树脂，通过液相浸渍-溶胶凝胶-高温炭化工艺制备耐高温的石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物。本发明制备的复合材料经高温炭化处理后仍保持完整的块体结构，同时具有耐热氧化、低密度的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐高温石英纤维针刺毡/酚醛树脂复合材料炭化衍生物的制备方法，以商品化石英纤维针刺毡为骨架，通过3-氨丙基三乙氧基硅烷预聚体进行改性处理，以间苯二酚-对苯二甲醛树脂为基体树脂，制备界面结合良好的石英纤维针刺毡/酚醛复合材料，进一步进行炭化处理，将其转化为耐热氧化的复合块体材料。具体包括如下步骤：

步骤一、间苯二酚-对苯二甲醛预聚体溶液的制备：

（1）将间苯二酚加入乙醇中，在25~50 ℃下使其充分溶解；

（2）向溶液体系中加入盐酸催化剂，然后加入对苯二甲醛，在25~70 ℃、磁搅拌条件下水解缩聚反应1~5 h，其中：间苯二酚与对苯二甲醛的摩尔比为1：0.5~2；间苯二酚和对苯二甲醛反应单体的总质量在乙醇中的质量百分数为10~20 %；磁搅拌速率为10~40 r/s；盐酸催化剂的摩尔浓度为0.001~0.1 mol/L，盐酸催化剂与乙醇的体积比为1：8~20；

（3）待反应结束以后，向反应混合体系中滴加氨水，调节pH至中性；

（4）在温度为30~60 ℃、真空度为-0.1~-0.08 MPa的条件下减压蒸馏10~50 min，除去溶剂和水等小分子物质，得到间苯二酚-对苯二甲醛预聚体；

（5）将合成的预聚体溶解到乙醇中，得到间苯二酚-对苯二甲醛预聚体溶液，其中：间苯二酚-对苯二甲醛预聚体溶液中，间苯二酚-对苯二甲醛预聚体在乙醇中的质量百分数为20~50%；

步骤二、有机硅预聚体溶液的制备：

（1）将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶解到乙醇中，配成均匀溶液；

（2）向溶液中加入盐酸催化剂，在25~70 ℃、磁搅拌条件下水解缩聚反应0.5~5 h，其中：3-氨丙基三乙氧基硅烷单体与盐酸催化剂的质量比为100：10~50；磁搅拌速率为10~40 r/s；盐酸催化剂的摩尔浓度为0.005~0.05 mol/L；

（3）待反应结束以后，室温下冷却，得到有机硅预聚体溶液，其中：有机硅预聚体溶液中，有机硅预聚体的质量百分数为5~50 %；