專利名稱：一種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前樹脂基復(fù)合材料基體中普遍應(yīng)用的聚酯樹脂、環(huán)氧樹 脂、雙馬樹脂、聚酰亞胺樹脂甚至氰酸酯樹脂，適用溫度不超過400°C，已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠滿足超高溫、強(qiáng)沖刷、短時程的空氣動力學(xué)燒蝕的實際工況，造成現(xiàn)行樹脂基復(fù)合材料基體發(fā)生裂解反應(yīng)和結(jié)構(gòu)的急速破壞，并喪失結(jié)構(gòu)特性，從而失去樹脂基復(fù)合材料在這一特定領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有樹脂基復(fù)合材料不能夠滿足超高溫、強(qiáng)沖刷及短時程的空氣動力學(xué)沖刷燒蝕的問題，而提供一種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法。一種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，具體是按以下步驟完成的一、樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面處理采用噴砂方式或80#砂紙均勻打磨樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面，然后采用丙酮清洗2 4次，再采用乙酸乙酯清洗清洗2 4次，干燥至恒重即得到內(nèi)表面處理后的樹脂基復(fù)合材料基材；二、制備改性樹脂在攪拌速度為40r/min 80r/min下將三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂、固化劑、改性劑、促進(jìn)劑和分散劑攪拌均勻，然后在攪拌速度為40r/min 80r/min下加入稀釋劑，稀釋至粘度為19m2/s 25m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴涂沉積將步驟二得到的改性樹脂加入到噴涂機(jī)中，在壓力為O. 2MPa O. 5MPa、沉積速率為O. lmm/min O. 2mm/min的條件下將步驟二制備的改性樹脂均勻噴涂到步驟一得到內(nèi)表面處理后樹脂基復(fù)合材料基材的內(nèi)表面，沉積Smin 12min，即得到厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料；四、固化以升溫速度為8V /min 12°C /min將步驟三制備的厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料從室溫升溫至75°C 85°C，并在75°C 85°C下恒溫固化8min 12min，然后繼續(xù)以升溫速度為80C /min 12°C /min 升溫至 135°C 145°C，并在 135°C 145°C恒溫固化 8min 12min，然后繼續(xù)以升溫速度為8°C /min 12°C /min升溫至160°C 170°C，并在160°C 170°C下固化25min 35min,自然冷卻至20°C 60°C后，即得到樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層；步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比為100 (10 15);步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與改性劑的質(zhì)量比為100 (100 120);步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100 (5 10);步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與分散劑的質(zhì)量比為 100 (5 10)。本發(fā)明的優(yōu)點一、本發(fā)明采用氣相沉積法將改性樹脂成功附著在樹脂基復(fù)合材料內(nèi)表面，形成內(nèi)層，突破了當(dāng)前樹脂基復(fù)合材料基體中普遍應(yīng)用的聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、聚酰亞胺樹脂甚至氰酸酯樹脂，適用溫度不超過400°C，已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠滿足超高溫、強(qiáng)沖刷、短時程的空氣動力學(xué)燒蝕的實際工況，造成現(xiàn)行樹脂基復(fù)合材料基體發(fā)生裂解反應(yīng)和結(jié)構(gòu)的急速破壞，并喪失結(jié)構(gòu)特性，從而失去樹脂基復(fù)合材料在這一特定領(lǐng)域的應(yīng)用前景；二、本發(fā)明解決了在滿足和發(fā)揮樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能可設(shè)計、成型工藝簡便等傳統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，很好地解決了耐高溫抗沖刷樹脂基體材料的選擇及成型工藝，大大提高其耐高溫性和抗沖刷性，經(jīng)過模擬試驗驗證和實際工況考核，改性樹脂與基體材料的界面性能優(yōu)良，氣相沉積工藝實施過程穩(wěn)定受控，熱防護(hù)效能明顯提高，能夠經(jīng)歷1000°c及以上高溫爆炸顆粒氣流的多次沖刷，已成為結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料制品內(nèi)層制備過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；三、本發(fā)明制備的帶有內(nèi)層樹脂基復(fù)合材料，能滿足強(qiáng)沖刷及短時程的空氣動力學(xué)沖刷燒蝕；且內(nèi)層以分子鍵和化學(xué)鍵附著在樹脂基復(fù)合材料的表面，在強(qiáng)沖刷和短時程的空氣動力學(xué)沖刷燒蝕的情況下內(nèi)層不會與樹脂基復(fù)合材料分離。


圖I是試驗一制備的帶有內(nèi)層的樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I沿A-A的剖視圖。
具體實施方案具體實施方式
一本實施方式是一種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，具體是按以下步驟完成的一、樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面處理采用噴砂方式或80#砂紙均勻打磨樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面，然后采用丙酮清洗2 4次，再采用乙酸乙酯清洗清洗2 4次，干燥至恒重即得到內(nèi)表面處理后的樹脂基復(fù)合材料基材；二、制備改性樹脂在攪拌速度為40r/min 80r/min下將三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂、固化劑、改性劑、促進(jìn)劑和分散劑攪拌均勻，然后在攪拌速度為40r/min 80r/min下加入稀釋劑，稀釋至粘度為19m2/s 25m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴涂沉積將步驟二得到的改性樹脂加入到噴涂機(jī)中，在壓力為O. 2MPa O. 5MPa、沉積速率為O. lmm/min O. 2mm/min的條件下將步驟二制備的改性樹脂均勻噴涂到步驟一得到內(nèi)表面處理后樹脂基復(fù)合材料基材的內(nèi)表面，沉積Smin 12min，即得到厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料；四、固化以升溫速度為8V /min 12°C /min將步驟三制備的厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料從室溫升溫至75°C 85°C，并在75°C 85°C下恒溫固化8min 12min，然后繼續(xù)以升溫速度為80C /min 12°C /min 升溫至 135°C 145°C，并在 135°C 145°C恒溫固化 8min 12min，然后繼續(xù)以升溫速度為8V /min 12°C /min升溫至160°C 170°C，并在160°C 170°C下固化25min 35min,自然冷卻至20°C 60°C后，即得到樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層。本實施方式步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比為100 (10 15);本實施方式步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與改性劑的質(zhì)量比為100 (100 120);本實施方式步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100 (5 10);本實施方式步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與分散劑的質(zhì)量比為100 (5 10)。本實施方式采用氣相沉積法將改性樹脂成功附著在樹脂基復(fù)合材料內(nèi)表面，形成內(nèi)層，突破了當(dāng)前樹脂基復(fù)合材料基體中普遍應(yīng)用的聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、聚酰亞胺樹脂甚至氰酸酯樹脂，適用溫度不超過400°c，已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠滿足超高溫、強(qiáng)沖刷、短時程的空氣動力學(xué)燒蝕的實際工況，造成現(xiàn)行樹脂基復(fù)合材料基體發(fā)生裂解反應(yīng)和結(jié)構(gòu)的急速破壞，并喪失結(jié)構(gòu)特性，從而失去樹脂基復(fù)合材料在這一特定領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
本實施方式解決了在滿足和發(fā)揮樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能可設(shè)計、成型工藝簡便等傳統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，很好地解決了耐高溫抗沖刷樹脂基體材料的選擇及成型工藝，大大提高其耐高溫性和抗沖刷性，經(jīng)過模擬試驗驗證和實際工況考核，改性樹脂與基體材料的界面性能優(yōu)良，氣相沉積工藝實施過程穩(wěn)定受控，熱防護(hù)效能明顯提高，能夠經(jīng)歷1000°c及以上高溫爆炸顆粒氣流的多次沖刷，已成為結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料制品內(nèi)層制備過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本實施方式制備的帶有內(nèi)層樹脂基復(fù)合材料，能滿足強(qiáng)沖刷及短時程的空氣動力學(xué)沖刷燒蝕；且內(nèi)層以分子鍵和化學(xué)鍵附著在樹脂基復(fù)合材料的表面，在強(qiáng)沖刷和短時程的空氣動力學(xué)沖刷燒蝕的情況下內(nèi)層不會與樹脂基復(fù)合材料分離。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中所述的樹 脂基復(fù)合材料基材為聚酯樹脂基復(fù)合材料、環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料、雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料、聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料或氰酸酯樹脂基復(fù)合材料。其他與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同點是步驟二中所述固化劑是采用間苯二胺和DDM固化劑按質(zhì)量比I : (O. 8 I. 2)混合而成。其他與具體實施方式
一或二相同。本實施方式所述的DDM固化劑購買得到，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)75 %的4，4- 二氨基二苯基甲烷和質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的多苯基多氨基甲烷混合而成的混合物。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同點是步驟二中所述改性劑為納米二氧化硅或碳化硅晶須，或者納米二氧化硅和碳化硅晶須按質(zhì)量比I (I. 5 2. O)的混合物。其他與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同點是步驟二中所述促進(jìn)劑為硅烷偶聯(lián)劑。其他與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同點是步驟二中所述分散劑為石墨。其他與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同點是步驟二中所述稀釋劑是采用甲苯和二甲苯按質(zhì)量比I : (O. 8 I. 2)混合而成。其他與具體實施方式
一至六相同。采用下述試驗驗證本發(fā)明效果試驗一一種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，具體是按以下步驟完成的一、樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面處理采用噴砂方式打磨樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面，然后采用丙酮清洗3次，再采用乙酸乙酯清洗清洗3次，干燥至恒重即得到內(nèi)表面處理后的樹脂基復(fù)合材料基材；二、制備改性樹脂在攪拌速度為60r/min下將三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂、固化劑、改性劑、促進(jìn)劑和分散劑攪拌均勻，然后在攪拌速度為60r/min下加入稀釋齊U，稀釋至粘度為21m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴涂沉積將步驟二得到的改性樹脂加入到噴涂機(jī)中，在壓力為O. 35MPa、沉積速率為O. 15mm/min的條件下將步驟二制備的改性樹脂均勻噴涂到步驟一得到內(nèi)表面處理后樹脂基復(fù)合材料基材的內(nèi)表面，沉積lOmin，即得到厚度為2mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料；四、固化以升溫速度為10°C /min將步驟三制備的厚度為2mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料從室溫升溫至80°C，并在80°C下恒溫固化lOmin，然后繼續(xù)以升溫速度為10°C /min升溫至140°C，并在140°C恒溫固化lOmin，然后繼續(xù)以升溫速度為10°C /min升溫至165°C，并在165°C下固化30min，自然冷卻至40°C后，即得到帶有內(nèi)層的樹脂基復(fù)合材料。本試驗步驟一中所述的樹脂基復(fù)合材料基材為環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。本試驗步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比為100 12. 5;本試驗步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與改性劑的質(zhì)量比為100 110;本試驗步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100 7. 5;本試驗步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與分散劑的質(zhì)量比為100 : 7. 5。本試驗步驟二中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂為TPNE環(huán)氧樹脂。本試驗步驟二中所述固化劑是采用間苯二胺和DDM固化劑按質(zhì)量比I : I混合而成。本試驗步驟二中所述改性劑為納米二氧化硅。本試驗步驟二中所述促進(jìn)劑為硅烷偶聯(lián)劑。本試驗步驟二中所述分散劑為石墨。本試驗步驟二中所述稀釋劑是采用甲苯和二甲苯按質(zhì)量比I : I混合而成。本試驗所述的DDM固化劑購買得到，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%的4，4_二氨基二苯基甲烷和質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的多苯基多氨基甲烷混合而成的混合物。本試驗步驟三中所述的噴涂機(jī)為SNE801型噴涂機(jī)。本試驗制備的帶有內(nèi)層的樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不意圖如圖I和圖2所不，圖I中的I表示樹脂基復(fù)合材料，圖I中的2表示內(nèi)層，圖2是圖I沿A-A的剖視圖。采用高溫爆炸顆粒氣流沖刷實驗，檢測本試驗制備的帶有內(nèi)層的樹脂基復(fù)合材料，在經(jīng)歷1000°c及以上高溫爆炸顆粒氣流的沖刷6次(沖刷的是帶有內(nèi)層樹脂基復(fù)合材料的內(nèi)層一側(cè))，本試驗制備的帶有內(nèi)層的樹脂基復(fù)合材料沒有明顯變化，所以可知本試驗 制備的帶有內(nèi)層樹脂基復(fù)合材料具有耐高溫，耐強(qiáng)沖刷，耐短時程的空氣動力學(xué)沖刷燒蝕得優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.ー種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，其特征在于氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法是按以下步驟完成的 一、樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面處理采用噴砂方式或80#砂紙均勻打磨樹脂基復(fù)合材料基材內(nèi)表面，然后采用丙酮清洗2 4次，再采用こ酸こ酯清洗清洗2 4次，干燥至恒重即得到內(nèi)表面處理后的樹脂基復(fù)合材料基材；ニ、制備改性樹脂在攪拌速度為40r/min 80r/min下將三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂、固化劑、改性劑、促進(jìn)劑和分散劑攪拌均勻，然后在攪拌速度為40r/min 80r/min下加入稀釋劑，稀釋至粘度為19m2/s 25m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴涂沉積將步驟ニ得到的改性樹脂加入到噴涂機(jī)中，在壓カ為O. 2MPa O.5MPa、沉積速率為O. lmm/min O. 2mm/min的條件下將步驟ニ制備的改性樹脂均勻噴涂到步驟一得到內(nèi)表面處理后樹脂基復(fù)合材料基材的內(nèi)表面，沉積Smin 12min，即得到厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料；四、固化以升溫速度為8 V /min 12°C /min將步驟三制備的厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂內(nèi)層的待固化材料從室溫升溫至75°C 85°C，并在75°C 85°C下恒溫固化8min 12min，然后繼續(xù)以升溫速度為8°C /min 12°C /min升溫至135°C 145°C,并在135°C 145°C恒溫固化8min 12min,然后繼續(xù)以升溫速度為8V /min 12°C /min升溫至160°C 170°C，并在160°C 170°C下固化25min 35min,自然冷卻至20°C 60°C后，即得到樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層；步驟ニ中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比為100 (10 15);步驟ニ中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與改性劑的質(zhì)量比為100 (100 120);步驟ニ中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與促進(jìn)劑的質(zhì)量比為100 (5 10);步驟ニ中所述的三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂與分散劑的質(zhì)量比為100 (5 10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，其特征在于步驟一中所述的樹脂基復(fù)合材料基材為聚酯樹脂基復(fù)合材料、環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料、雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料、聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料或氰酸酯樹脂基復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，其特征在于步驟ニ中所述固化劑是采用間苯ニ胺和DDM固化劑按質(zhì)量比I : (O. 8 I. 2)混合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，其特征在于步驟ニ中所述改性劑為納米ニ氧化硅或碳化硅晶須，或者納米ニ氧化硅和碳化硅晶須按質(zhì)量比I : (I. 5 2. O)的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，其特征在于步驟ニ中所述促進(jìn)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，其特征在于步驟ニ中所述分散劑為石墨。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5和6所述的ー種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，其特征在于步驟ニ中所述稀釋劑是采用甲苯和ニ甲苯按質(zhì)量比I : (O. 8 I. 2)混合而成。
全文摘要
一種氣相沉積法制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的方法，它涉及一種樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層的制備方法。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有樹脂基復(fù)合材料不能夠滿足超高溫、強(qiáng)沖刷及短時程的空氣動力學(xué)沖刷燒蝕的問題。方法一、對樹脂基復(fù)合材料基材進(jìn)行內(nèi)表面處理；二、制備改性樹脂采用三官能團(tuán)環(huán)氧樹脂、固化劑、改性劑、促進(jìn)劑、分散劑和稀釋劑制備改性樹脂；三、將步驟二制備的改性樹脂噴涂到步驟一得到內(nèi)表面處理后樹脂基復(fù)合材料基材的內(nèi)表面，并沉積一定時間；四、采用梯度升溫方式固化后，即得到樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層。本發(fā)明主要用于制備樹脂基復(fù)合材料內(nèi)層。
文檔編號C09D163/00GK102658260SQ201210163728
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者于柏峰, 吳宏博, 田晶, 趙洪斌, 陳輝 申請人:哈爾濱玻璃鋼研究院