[发明专利]一种含硅芳炔树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含硅芳炔树脂复合材料及其制备方法。其包括下述重量份的物质：含硅芳炔树脂50‑64份，中空玻璃微球20‑38份和碳纤维布8‑22份，所述含硅芳炔树脂、所述中空玻璃微球和所述碳纤维布的总用量为100份。本发明材料制备简便，无需高温高压的成型工艺，即可通过调节配方组成和用量获得密度及导热系数可控的复合材料，具有较高的生产效率。本发明的复合材料不仅具有优异的耐高温和耐烧蚀性能，而且在显著提高含硅芳炔树脂基复合材料良好力学性能的同时，有效降低了复合材料的密度及导热系数，提高了其隔热性，是一种低密度、隔热和良好力学性能的轻质防热复合材料，满足航空航天和交通运输的需求。

技术领域

本发明涉及一种含硅芳炔树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

含硅芳炔树脂(PSA)是一种在芳基乙炔树脂主链中引入无机硅元素形成的一类有机-无机热固性树脂，硅元素的引入不但使芳基乙炔聚合物保持了优异的耐热性能，而且还为其带来了优良的介电性能、耐烧蚀性能以及高温陶瓷化性能，树脂及其复合材料的制备工艺和力学性能也得到了一定的改善，在电子电器、交通运输以及航空航天等领域显示出很好的应用前景。

航空航天的发展对轻质隔热材料的要求日益增高，不仅需要其耐高温耐烧蚀以及良好的力学性能，还需要具备轻质隔热的要求。中空玻璃微球(HGM)是一种新型的节能、清洁、轻质隔热保温填料，具有优异的隔热效果，并且密度较低，所以利用其作为填料可制备轻质隔热复合材料。由于HGM其微小、圆滑的结构特点，在液体树脂中相比片状、针状以及不规则形状的填料具有更佳的流动性，所以其加工工艺性能十分优异。此外，HGM的内部是稀薄的气体，在作为隔热保温材料的同时，也增强了产品的隔音性能，所以HGM同样是一种极佳的隔音产品填充剂。

中空玻璃微球/树脂基复合材料是将HGM作为填料加入到树脂基体中，通过各种成型工艺制备而成的复合材料。由于其孔隙结构是由HGM封闭空心结构来提供的，而HGM自身又有较高的强度，相较聚合物发泡材料，中空玻璃微球树脂基复合材料具备更好的力学性能。纤维增强中空玻璃微球/树脂基复合材料能更大程度的提高复合材料的力学性能，而不损失其热稳定性。

中国发明专利(CN 102504528A)公开了一种中空玻璃微球填充纤维增强尼龙复合材料的制备，通过加入中空玻璃微球，改善纤维增强尼龙复合材料制品翘曲变形现象，同时降低纤维增强尼龙材料的密度，对于汽车减重节能减排起到积极作用。但中空玻璃微球的加入会引起尼龙基体力学性能的下降。中国发明专利(CN 105802219A)公开了一种超低密度、低损耗氰酸酯基复合泡沫材料的制备，将中空玻璃微球与氰酸酯树脂/环氧树脂结合，解决了现有树脂基复合泡沫材料密度较高、介电损耗大以及复合泡沫密度降低的同时整体树脂体系力学强度下降的问题。但氰酸酯基复合材料的耐热性不能满足300℃以上使用要求，且力学性能提高低于纤维增强的复合材料。

虽然HGM材质为无机玻璃，耐热性高，但是，目前现有含HGM树脂基复合材料的耐热性仍有不足，难以满足航空航天、电子电气和交通运输中对新材料的隔热隔音等需求。中国发明专利(CN 105273364A)公开了一种耐高温含硅芳炔树脂泡沫材料，采用化学发泡的方法制备了含硅芳炔树脂泡沫，用发泡剂偶氮二甲酰胺和助发泡剂尿素化学发泡制备的含硅芳炔树脂泡沫密度为0.29g/cm^-3，压缩强度为3.1MPa。该泡沫用短切石英纤维增强后(见王雪闪等，北京化工大学学报(自然科学版)，2018,45(6):34-39.)，压缩强度可提高至7.7MPa，但是密度未见报道，短切石英纤维仅能提高压缩强度，对其它力学性能是否有效并未涉及。而且采用化学发泡制得的材料中泡孔均匀性不可控。中国发明专利(CN110256673A)揭示了一种聚酰亚胺复合泡沫前体粉末及聚酰亚胺复合泡沫，将聚酰胺酸和非极性芳烃与中空微球混合，环化脱水后的粉末经360～395℃、10～30MPa下模压制备了聚酰亚胺复合泡沫，其表观密度为0.35～1.2g/cm^-3，压缩强度为10～100MPa。聚酰亚胺树脂是耐热树脂，但其成型时，采用高温(360～395℃)和高压(10～30MPa)，高温高压的成型工艺在实际生产中较难实现。该些问题亟待解决。