[发明专利]一种适于热熔预浸工艺的硼硅酚醛树脂、复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种适于热熔预浸工艺的硼硅酚醛树脂、复合材料及其制备方法，硼硅酚醛树脂按照摩尔比计算，制备原料包括以下组分：酚50‑150份、醛50‑200份、含硼化合物2‑150份、硅酸酯1‑80份；硼硅酚醛树脂的制备原料还包括改性剂和增韧剂；改性剂、增韧剂与酚的用量关系为：酚100重量份、改性剂0‑50重量份、增韧剂0‑50重量份。本发明的适于热熔预浸工艺的硼硅酚醛树脂相比于硼硅酚醛树脂溶液具有储存稳定性好、与纤维粘接性好、复合材料孔隙率低、力学强度高、抗烧蚀性能好的优点，相比于硼酚醛树脂，引入了键能较高的Si‑O键，使得硼硅酚醛树脂的耐热性能进一步提高，以其为基体材料的复合材料制品的层间强度和烧蚀冲刷性能大大提高。

技术领域

本发明属于热固性树脂材料技术领域，具体涉及一种适于热熔预浸工艺的硼硅酚醛树脂、复合材料及其制备方法。

背景技术

热固性树脂预浸料的生产工艺主要有溶液浸渍工艺和热熔预浸工艺。溶液浸渍工艺所使用的树脂中的大量溶剂易污染环境、危害人身健康，预浸料的树脂含量精确控制难度大、挥发分含量高、批次稳定性差，且制品孔隙率高、质量和性能受影响。与溶液浸渍工艺相比，热熔预浸工艺则对环境的污染程度低，预浸料的树脂含量控制精度高、挥发份含量低、批次稳定性好、外观质量佳。因此，热熔预浸工艺是目前热固性树脂预浸料的发展趋势。

目前热熔预浸工艺的主要基体树脂是环氧树脂，而酚醛树脂的成膜性较差，本体粘度较大，常以树脂溶液的形式储存，限制其在热熔预浸工艺的使用。此外，传统的酚醛树脂脆性大，分子结构上的酚羟基和亚甲基容易氧化，耐热性能受影响，极大地限制了其在高性能材料中的应用。公开号为CN109456571A的中国专利文献公开了一种热熔型硼酚醛树脂，对于硼酚醛树脂，由于酚羟基中的氢被硼取代，形成了B-O键，而B-O键的键能远大于C-C键的键能，且高温热解时在树脂表面形成的碳化硼蜂窝结构能阻止热量向内扩散，保护内部结构，使硼酚醛树脂具有优异的耐热性能。但是，硼酚醛树脂的耐热性能仍具有一定的限制，使得以硼酚醛树脂为基体材料的复合材料制品层间强度、耐烧蚀性能受限。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种适于热熔预浸工艺的硼硅酚醛树脂、复合材料及其制备方法，可解决溶液浸渍工艺中硼硅酚醛树脂溶液的储存稳定性差、与纤维粘接性差的问题，以及复合材料孔隙率高、力学强度低、抗烧蚀性能差的难题，并且相比于硼酚醛树脂，引入了键能较高的Si-O键，使得硼硅酚醛树脂的耐热性能进一步提高，以其为基体材料的复合材料制品的层间强度和烧蚀冲刷性能大大提高。

为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种适于热熔预浸工艺的硼硅酚醛树脂，按照摩尔比计算，所述硼硅酚醛树脂的制备原料包括以下组分：

酚50-150份、醛50-200份、含硼化合物2-150份、硅酸酯1-80份；

所述硼硅酚醛树脂的制备原料还包括改性剂和增韧剂；所述改性剂、所述增韧剂与所述酚的用量关系为：

酚100重量份、改性剂0-50重量份、增韧剂0-50重量份。

本发明的适于热熔预浸工艺的硼硅酚醛树脂的制备原理如下式1，酚与含硼化合物反应生成硼酸酯，硼酸酯再与醛反应，生成硼酚醛树脂，硼酚醛树脂与硅酸酯继续反应，生成硼硅酚醛树脂，由下式1可以看出，硼硅酚醛树脂相比于硼酚醛树脂，分子式中多了高键能的Si-O键，使得硼硅酚醛树脂相比于硼酚醛树脂的耐热性能显著更优，如图1为热熔硼硅酚醛与热熔硼酚醛树脂的热失重对比图，由热失重对比图可以看出，热熔硼硅酚醛树脂的热失重显著少于热熔硼酚醛树脂，表明其耐热性能更好。

式1

优选地，按照摩尔比计算，所述硼硅酚醛树脂的制备原料包括以下组分：

酚100份、醛105-150份、含硼化合物4-75份、硅酸酯2-40份；