[发明专利]一种高相容性有机硅酚醛环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高相容性有机硅酚醛环氧树脂复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该制备方法为酚醛环氧树脂与带有氨基的硅烷偶联剂反应，得到改性的酚醛环氧树脂；将室温硫化硅橡胶加入到改性的酚醛环氧树脂中，混合均匀，然后加入室温硫化硅橡胶的固化剂、催化剂以及环氧基团的固化剂与促进剂、复合填料后室温放置，再加热固化得到复合材料。将经过化学改性的酚醛环氧树脂在共固化交联以后与硅橡胶无宏观相分离现象，添加填料制备得到的复合材料具有优异的力学性能、粘接性能、能满足高低温交变条件并且具有良好的耐烧蚀性能以及加工性能，在航空航天、导弹卫星等领域有着较为广泛的应用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高相容性有机硅酚醛环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

航天航空、飞行探月等空间环境条件苛刻，需要承受高低温交变、耐烧蚀热流大等苛刻要求，胶黏剂涂料、电子封装等行业对树脂整体性能要求严格，现有的树脂体系很难满足要求。硅橡胶具有耐高低温性能优异等优点，但是纯硅橡胶的粘接强度低，耐烧蚀性能差。酚醛环氧树脂作为耐高温材料具有较高的烧蚀残碳率，粘接强度高等特点，在耐温胶黏剂、航天航空等领域得到了广泛的应用。但是单纯的酚醛树脂的耐温性能较差，不能满足高低温交变的要求。

针对耐高低温烧蚀防热材料新型树脂体系材料的迫切需要，酚醛改性有机硅橡胶树脂可结合酚醛树脂和硅橡胶的优点，有望满足空间高低温交变环境及返回大气层烧蚀防热的需求。

中国专利CN110922765A公开了一种柔性耐热可陶瓷化硅橡胶复合材料及其制备方法，通过将甲基乙烯基硅橡胶与其他无机填料以及助剂进行共混，制备得到的硅橡胶复合材料在中低温下具有良好的力学性能，在高温下具有较高的陶瓷转化率和高温残留率，具有良好的热防护性能。该专利将硅橡胶、填料、硫化剂以及增强纤维等通过双辊开炼机以及平板硫化机混炼硫化制备硅橡胶复合材料，大量填料在混合过程中可能和硅橡胶出现相分离现象导致复合材料性能下降。

中国专利CN106893448B公开了一种高温陶瓷化有机硅-酚醛环氧防腐涂料及其制备方法，通过硅烷偶联剂提升有机硅树脂对金属基材的表面附着力和耐腐蚀效果，由A和B两组分制备得到的防腐涂层在经过高温、火焰烧蚀等作用后形成陶瓷化壳体，起到保护作用。但是有机硅表面能低，酚醛环氧树脂极性和溶解度差异较大，两者在混合时往往会出现相分离，该专利将硅烷偶联剂加入酚醛环氧树脂体系进行一步法改性树脂，虽加工工艺良好，操作方便，但可能一段时间后出现相分离，且在固化过程中更容易出现宏观相分离导致材料的不均匀而降低材料的可靠性。

因此如何结合酚醛环氧树脂以及硅橡胶两者的优势，设计一种新型酚醛环氧树脂硅橡胶复合材料体系，将特种材料应用于航空航天、军事卫星等领域，这是许多高校以及企业亟待解决的问题之一。

发明内容

针对现有技术中将硅烷偶联剂和基体树脂以及填料等简单物理共混制备的复合材料在后期固化使用时会发生相分离，导致材料性能下降、难以满足使用需求等问题。本发明要解决的技术问题在于提供一种高相容性有机硅酚醛环氧树脂复合材料的制备方法，经过化学改性的酚醛环氧树脂在共固化交联以后与硅橡胶无宏观相分离现象，制备工艺简单，生产成本低，操作便捷。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种高相容性有机硅酚醛环氧树脂复合材料，该复合材料具有优异的力学性能、粘接性能以及耐热性，能拓宽有机硅改性酚醛树脂耐烧蚀材料在航天航空以及国防工业的应用。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种高相容性有机硅酚醛环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)酚醛环氧树脂与带有氨基的硅烷偶联剂反应，得到改性的酚醛环氧树脂；

(2)将室温硫化硅橡胶加入到改性的酚醛环氧树脂中，在0～120℃条件下混合均匀，然后加入室温硫化硅橡胶的固化剂、催化剂以及环氧基团的固化剂与促进剂、复合填料后室温放置，放置结束后加热固化得到高相容性有机硅酚醛环氧树脂复合材料。反应方程式如下所示：