本發(fā)明屬于耐高溫?zé)岱雷o(hù)材料領(lǐng)域，涉及一種低密度酚醛樹脂浸漬玻璃纖維復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
航天器返回地球時(shí)，會(huì)以一超高的速度進(jìn)入大氣層，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過激波輻射和流傳熱，使航天器表面溫度急劇升高。航天器在再入過程中需要承受幾千攝氏度的高溫。為保證航天器的順利返回，必須采取有效的熱防護(hù)措施。
目前研究的碳化型輕質(zhì)熱防護(hù)材料一般以酚醛樹脂為基體，其成本低廉，耐熱性能和耐沖刷性能良好，具有突出的瞬時(shí)耐高溫性能。但是以其做基體的酚醛樹脂浸漬材料的密度較高，如酚醛-石英復(fù)合材料的平均密度為0.55g/cm3。這一密度無法滿足現(xiàn)代航天領(lǐng)域?qū)Φ兔芏取⒏咝阅艿囊?，本發(fā)明所涉及的酚醛樹脂浸漬玻璃纖維復(fù)合材料密度低，能夠?yàn)轱w行器熱防護(hù)提供輕質(zhì)復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的問題是：針對(duì)酚醛樹脂復(fù)合材料密度大，高溫環(huán)境易被氧化等問題，提出一種降低酚醛樹脂復(fù)合材料密度，增強(qiáng)耐熱性能的方法。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是通過表面處理增加玻璃纖維和酚醛樹脂的粘結(jié)效果，通過硼化鋯涂層增強(qiáng)抗氧化性能。商品化的玻璃纖維表面一般具有一層由復(fù)合組份組成的膠料，具有抗摩擦、抗老化等作用，但是不利于樹脂與纖維表面的粘接，本發(fā)明通過熱處理+酸刻蝕+偶聯(lián)劑處理，使表面膠料氧化，并增大玻璃纖維與樹脂的粘結(jié)力，改善復(fù)合材料的界面性能。硼化鋯高溫下的形成熱防護(hù)性能與機(jī)械性能均穩(wěn)定的氧化產(chǎn)物膜，其擁有固液兩相。固相形成骨架，液相封閉復(fù)合材料表面氣孔，阻止氣體的流動(dòng)進(jìn)而阻止進(jìn)一步氧化，提高抗氧化性能。
本發(fā)明表面處理的步驟如下：(1)利用熱處理即利用高溫使玻璃纖維表面的原有膠料氧化分解；(2)利用一定濃度的稀鹽酸對(duì)玻璃纖維進(jìn)行氧化刻蝕處理；(3)利用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅烷偶聯(lián)劑KH-560進(jìn)行處理。
本發(fā)明提供酚醛樹脂浸漬玻璃纖維材料的制備方法，其制備方法有以下步驟：
(1)對(duì)玻璃纖維三維編織體進(jìn)行表面處理；
(2)將一定量的硼化鋯添加到一定質(zhì)量濃度的硼改性酚醛樹脂醇溶液中，然后把經(jīng)過表面處理的玻璃纖維三維編織體浸入該溶液，浸沒體積的1/2，采用真空浸漬工藝，制得半預(yù)成型體；
(3)將制得的半預(yù)成型體放入馬弗爐中固化成型，制得初品；
(4)將初品未浸漬部分浸入一定質(zhì)量濃度的硼改性酚醛樹脂醇溶液中，采用真空浸漬、固化方式，制得所需密度的酚醛樹脂浸漬玻璃纖維復(fù)合材料成品。
本發(fā)明制得的復(fù)合材料密度低至0.25～0.4g/cm3，具有較好的抗氧化性能，適用于耐高溫表面熱防護(hù)領(lǐng)域。
附圖說明
附圖為本發(fā)明制備工藝流程圖
具體實(shí)施方式
首先對(duì)原材料玻璃纖維三維編織體進(jìn)行預(yù)處理，具體步驟如下：
(1)熱處理：將玻璃纖維三維編織體放入馬弗爐中，處理溫度為350℃，處理時(shí)間為30分鐘；然后將經(jīng)過熱處理的玻璃纖維在肥皂水中超聲清理40分鐘，并用蒸餾水清洗，完全去除玻璃纖維經(jīng)熱處理后表面殘留的膠料氧化物；最后放入鼓風(fēng)干燥箱中80℃烘干。
(2)酸刻蝕處理：將玻璃纖維三維編織體放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的稀鹽酸中，常溫處理，處理時(shí)間為4小時(shí)；然后將經(jīng)過酸刻蝕處理的玻璃纖維在肥皂水中超聲清理40分鐘，并用蒸餾水清洗；最后放入鼓風(fēng)干燥箱中80℃烘干。
(3)偶聯(lián)劑處理：將玻璃纖維三維編織體放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的KH-560偶聯(lián)劑溶液中，常溫處理，處理時(shí)間為30分鐘，然后放入鼓風(fēng)干燥箱中80℃烘干。
然后以經(jīng)過表面處理的玻璃纖維三維編織體作為增強(qiáng)體，采用真空浸漬工藝，制得酚醛樹脂浸漬玻璃纖維復(fù)合材料。具體步驟如下：
(1)真空浸漬：將玻璃纖維三維編織體放入硼化鋯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％、酚醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％溶液中，浸沒體積的1/2，置于真空鼓風(fēng)干燥箱中，利用真空泵抽取箱內(nèi)空氣直至溶液無氣泡產(chǎn)生，維持真空條件，常溫浸漬2小時(shí)；
(2)干燥：將浸漬完成的玻璃纖維三維編織體放入鼓風(fēng)干燥箱中，80℃下干燥24小時(shí)。
(3)固化：將干燥好的玻璃纖維放入馬弗爐中，120℃下固化1小時(shí)，然后150℃下固化3.5小時(shí)，最后隨爐冷卻，得到初品。
(4)將初品未浸漬部分浸入一定質(zhì)量濃度的硼改性酚醛樹脂醇溶液中，采用真空浸漬、固化方式，制得所需密度的酚醛樹脂浸漬玻璃纖維復(fù)合材料成品。
除非另有說明，否則本專利涉及的數(shù)值范圍包括端值及兩端值(即上下界限)之間的任意值。
通過實(shí)施例方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，用于解釋本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，但實(shí)施方式不得用于解釋對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。