CN102658260A - 一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，它涉及一种树脂基复合材料内层的制备方法。本发明的目的是要解决现有树脂基复合材料不能够满足超高温、强冲刷及短时程的空气动力学冲刷烧蚀的问题。方法：一、对树脂基复合材料基材进行内表面处理；二、制备改性树脂：采用三官能团环氧树脂、固化剂、改性剂、促进剂、分散剂和稀释剂制备改性树脂；三、将步骤二制备的改性树脂喷涂到步骤一得到内表面处理后树脂基复合材料基材的内表面，并沉积一定时间；四、采用梯度升温方式固化后，即得到树脂基复合材料内层。本发明主要用于制备树脂基复合材料内层。
Description
技术领域
本发明涉及一种树脂基复合材料内层的制备方法。
背景技术
当前树脂基复合材料基体中普遍应用的聚酯树脂、环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂甚至氰酸酯树脂，适用温度不超过400℃，已经远不能够满足超高温、强冲刷、短时程的空气动力学烧蚀的实际工况，造成现行树脂基复合材料基体发生裂解反应和结构的急速破坏，并丧失结构特性，从而失去树脂基复合材料在这一特定领域的应用前景。
发明内容
本发明的目的是要解决现有树脂基复合材料不能够满足超高温、强冲刷及短时程的空气动力学冲刷烧蚀的问题，而提供一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法。
一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、树脂基复合材料基材内表面处理：采用喷砂方式或80#砂纸均匀打磨树脂基复合材料基材内表面，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，干燥至恒重即得到内表面处理后的树脂基复合材料基材；二、制备改性树脂：在搅拌速度为40r/min～80r/min下将三官能团环氧树脂、固化剂、改性剂、促进剂和分散剂搅拌均匀，然后在搅拌速度为40r/min～80r/min下加入稀释剂，稀释至粘度为19m2/s～25m2/s为止，即得到改性树脂；三、喷涂沉积：将步骤二得到的改性树脂加入到喷涂机中，在压力为0.2MPa～0.5MPa、沉积速率为0.1mm/min～0.2mm/min的条件下将步骤二制备的改性树脂均匀喷涂到步骤一得到内表面处理后树脂基复合材料基材的内表面，沉积8min～12min，即得到厚度为1.5mm～2.5mm改性树脂内层的待固化材料；四、固化：以升温速度为8℃/min～12℃/min将步骤三制备的厚度为1.5mm～2.5mm改性树脂内层的待固化材料从室温升温至75℃～85℃，并在75℃～85℃下恒温固化8min～12min，然后继续以升温速度为8℃/min～12℃/min升温至135℃～145℃，并在135℃～145℃恒温固化8min～12min，然后继续以升温速度为8℃/min～12℃/min升温至160℃～170℃，并在160℃～170℃下固化25min～35min，自然冷却至20℃～60℃后，即得到树脂基复合材料内层；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与固化剂的质量比为100∶(10～15)；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与改性剂的质量比为100∶(100～120)；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与促进剂的质量比为100∶(5～10)；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与分散剂的质量比为100∶(5～10)。
本发明的优点：一、本发明采用气相沉积法将改性树脂成功附着在树脂基复合材料内表面，形成内层，突破了当前树脂基复合材料基体中普遍应用的聚酯树脂、环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂甚至氰酸酯树脂，适用温度不超过400℃，已经远不能够满足超高温、强冲刷、短时程的空气动力学烧蚀的实际工况，造成现行树脂基复合材料基体发生裂解反应和结构的急速破坏，并丧失结构特性，从而失去树脂基复合材料在这一特定领域的应用前景；二、本发明解决了在满足和发挥树脂基复合材料结构性能可设计、成型工艺简便等传统优势的基础上，很好地解决了耐高温抗冲刷树脂基体材料的选择及成型工艺，大大提高其耐高温性和抗冲刷性，经过模拟试验验证和实际工况考核，改性树脂与基体材料的界面性能优良，气相沉积工艺实施过程稳定受控，热防护效能明显提高，能够经历1000℃及以上高温爆炸颗粒气流的多次冲刷，已成为结构功能一体化复合材料制品内层制备过程的关键环节；三、本发明制备的带有内层树脂基复合材料，能满足强冲刷及短时程的空气动力学冲刷烧蚀；且内层以分子键和化学键附着在树脂基复合材料的表面，在强冲刷和短时程的空气动力学冲刷烧蚀的情况下内层不会与树脂基复合材料分离。
附图说明
图1是试验一制备的带有内层的树脂基复合材料结构示意图；图2是图1沿A-A的剖视图。
具体实施方案
具体实施方式一：本实施方式是一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、树脂基复合材料基材内表面处理：采用喷砂方式或80#砂纸均匀打磨树脂基复合材料基材内表面，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，干燥至恒重即得到内表面处理后的树脂基复合材料基材；二、制备改性树脂：在搅拌速度为40r/min～80r/min下将三官能团环氧树脂、固化剂、改性剂、促进剂和分散剂搅拌均匀，然后在搅拌速度为40r/min～80r/min下加入稀释剂，稀释至粘度为19m2/s～25m2/s为止，即得到改性树脂；三、喷涂沉积：将步骤二得到的改性树脂加入到喷涂机中，在压力为0.2MPa～0.5MPa、沉积速率为0.1mm/min～0.2mm/min的条件下将步骤二制备的改性树脂均匀喷涂到步骤一得到内表面处理后树脂基复合材料基材的内表面，沉积8min～12min，即得到厚度为1.5mm～2.5mm改性树脂内层的待固化材料；四、固化：以升温速度为8℃/min～12℃/min将步骤三制备的厚度为1.5mm～2.5mm改性树脂内层的待固化材料从室温升温至75℃～85℃，并在75℃～85℃下恒温固化8min～12min，然后继续以升温速度为8℃/min～12℃/min升温至135℃～145℃，并在135℃～145℃恒温固化8min～12min，然后继续以升温速度为8℃/min～12℃/min升温至160℃～170℃，并在160℃～170℃下固化25min～35min，自然冷却至20℃～60℃后，即得到树脂基复合材料内层。
本实施方式步骤二中所述的三官能团环氧树脂与固化剂的质量比为100∶(10～15)；本实施方式步骤二中所述的三官能团环氧树脂与改性剂的质量比为100∶(100～120)；本实施方式步骤二中所述的三官能团环氧树脂与促进剂的质量比为100∶(5～10)；本实施方式步骤二中所述的三官能团环氧树脂与分散剂的质量比为100∶(5～10)。
本实施方式采用气相沉积法将改性树脂成功附着在树脂基复合材料内表面，形成内层，突破了当前树脂基复合材料基体中普遍应用的聚酯树脂、环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂甚至氰酸酯树脂，适用温度不超过400℃，已经远不能够满足超高温、强冲刷、短时程的空气动力学烧蚀的实际工况，造成现行树脂基复合材料基体发生裂解反应和结构的急速破坏，并丧失结构特性，从而失去树脂基复合材料在这一特定领域的应用前景。
本实施方式解决了在满足和发挥树脂基复合材料结构性能可设计、成型工艺简便等传统优势的基础上，很好地解决了耐高温抗冲刷树脂基体材料的选择及成型工艺，大大提高其耐高温性和抗冲刷性，经过模拟试验验证和实际工况考核，改性树脂与基体材料的界面性能优良，气相沉积工艺实施过程稳定受控，热防护效能明显提高，能够经历1000℃及以上高温爆炸颗粒气流的多次冲刷，已成为结构功能一体化复合材料制品内层制备过程的关键环节。
本实施方式制备的带有内层树脂基复合材料，能满足强冲刷及短时程的空气动力学冲刷烧蚀；且内层以分子键和化学键附着在树脂基复合材料的表面，在强冲刷和短时程的空气动力学冲刷烧蚀的情况下内层不会与树脂基复合材料分离。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的树脂基复合材料基材为聚酯树脂基复合材料、环氧树脂基复合材料、双马来酰亚胺树脂基复合材料、聚酰亚胺树脂基复合材料或氰酸酯树脂基复合材料。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述固化剂是采用间苯二胺和DDM固化剂按质量比1∶(0.8～1.2)混合而成。其他与具体实施方式一或二相同。
本实施方式所述的DDM固化剂购买得到，由质量分数75％的4，4-二氨基二苯基甲烷和质量分数25％的多苯基多氨基甲烷混合而成的混合物。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述改性剂为纳米二氧化硅或碳化硅晶须，或者纳米二氧化硅和碳化硅晶须按质量比1∶(1.5～2.0)的混合物。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述促进剂为硅烷偶联剂。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述分散剂为石墨。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述稀释剂是采用甲苯和二甲苯按质量比1∶(0.8～1.2)混合而成。其他与具体实施方式一至六相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、树脂基复合材料基材内表面处理：采用喷砂方式打磨树脂基复合材料基材内表面，然后采用丙酮清洗3次，再采用乙酸乙酯清洗清洗3次，干燥至恒重即得到内表面处理后的树脂基复合材料基材；二、制备改性树脂：在搅拌速度为60r/min下将三官能团环氧树脂、固化剂、改性剂、促进剂和分散剂搅拌均匀，然后在搅拌速度为60r/min下加入稀释剂，稀释至粘度为21m2/s为止，即得到改性树脂；三、喷涂沉积：将步骤二得到的改性树脂加入到喷涂机中，在压力为0.35MPa、沉积速率为0.15mm/min的条件下将步骤二制备的改性树脂均匀喷涂到步骤一得到内表面处理后树脂基复合材料基材的内表面，沉积10min，即得到厚度为2mm改性树脂内层的待固化材料；四、固化：以升温速度为10℃/min将步骤三制备的厚度为2mm改性树脂内层的待固化材料从室温升温至80℃，并在80℃下恒温固化10min，然后继续以升温速度为10℃/min升温至140℃，并在140℃恒温固化10min，然后继续以升温速度为10℃/min升温至165℃，并在165℃下固化30min，自然冷却至40℃后，即得到带有内层的树脂基复合材料。
本试验步骤一中所述的树脂基复合材料基材为环氧树脂基复合材料。
本试验步骤二中所述的三官能团环氧树脂与固化剂的质量比为100∶12.5；本试验步骤二中所述的三官能团环氧树脂与改性剂的质量比为100∶110；本试验步骤二中所述的三官能团环氧树脂与促进剂的质量比为100∶7.5；本试验步骤二中所述的三官能团环氧树脂与分散剂的质量比为100∶7.5。
本试验步骤二中所述的三官能团环氧树脂为TPNE环氧树脂。本试验步骤二中所述固化剂是采用间苯二胺和DDM固化剂按质量比1∶1混合而成。本试验步骤二中所述改性剂为纳米二氧化硅。本试验步骤二中所述促进剂为硅烷偶联剂。本试验步骤二中所述分散剂为石墨。本试验步骤二中所述稀释剂是采用甲苯和二甲苯按质量比1∶1混合而成。
本试验所述的DDM固化剂购买得到，由质量分数75％的4，4-二氨基二苯基甲烷和质量分数25％的多苯基多氨基甲烷混合而成的混合物。
本试验步骤三中所述的喷涂机为SNE801型喷涂机。
本试验制备的带有内层的树脂基复合材料结构示意图如图1和图2所示，图1中的1表示树脂基复合材料，图1中的2表示内层，图2是图1沿A-A的剖视图。
采用高温爆炸颗粒气流冲刷实验，检测本试验制备的带有内层的树脂基复合材料，在经历1000℃及以上高温爆炸颗粒气流的冲刷6次(冲刷的是带有内层树脂基复合材料的内层一侧)，本试验制备的带有内层的树脂基复合材料没有明显变化，所以可知本试验制备的带有内层树脂基复合材料具有耐高温，耐强冲刷，耐短时程的空气动力学冲刷烧蚀得优点。
Claims (7)
1.一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，其特征在于气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法是按以下步骤完成的：
一、树脂基复合材料基材内表面处理：采用喷砂方式或80#砂纸均匀打磨树脂基复合材料基材内表面，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，干燥至恒重即得到内表面处理后的树脂基复合材料基材；二、制备改性树脂：在搅拌速度为40r/min～80r/min下将三官能团环氧树脂、固化剂、改性剂、促进剂和分散剂搅拌均匀，然后在搅拌速度为40r/min～80r/min下加入稀释剂，稀释至粘度为19m2/s～25m2/s为止，即得到改性树脂；三、喷涂沉积：将步骤二得到的改性树脂加入到喷涂机中，在压力为0.2MPa～0.5MPa、沉积速率为0.1mm/min～0.2mm/min的条件下将步骤二制备的改性树脂均匀喷涂到步骤一得到内表面处理后树脂基复合材料基材的内表面，沉积8min～12min，即得到厚度为1.5mm～2.5mm改性树脂内层的待固化材料；四、固化：以升温速度为8℃/min～12℃/min将步骤三制备的厚度为1.5mm～2.5mm改性树脂内层的待固化材料从室温升温至75℃～85℃，并在75℃～85℃下恒温固化8min～12min，然后继续以升温速度为8℃/min～12℃/min升温至135℃～145℃，并在135℃～145℃恒温固化8min～12min，然后继续以升温速度为8℃/min～12℃/min升温至160℃～170℃，并在160℃～170℃下固化25min～35min，自然冷却至20℃～60℃后，即得到树脂基复合材料内层；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与固化剂的质量比为100∶(10～15)；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与改性剂的质量比为100∶(100～120)；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与促进剂的质量比为100∶(5～10)；步骤二中所述的三官能团环氧树脂与分散剂的质量比为100∶(5～10)。
2.根据权利要求1所述的一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，其特征在于步骤一中所述的树脂基复合材料基材为聚酯树脂基复合材料、环氧树脂基复合材料、双马来酰亚胺树脂基复合材料、聚酰亚胺树脂基复合材料或氰酸酯树脂基复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，其特征在于步骤二中所述固化剂是采用间苯二胺和DDM固化剂按质量比1∶(0.8～1.2)混合而成。
4.根据权利要求3所述的一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，其特征在于步骤二中所述改性剂为纳米二氧化硅或碳化硅晶须，或者纳米二氧化硅和碳化硅晶须按质量比1∶(1.5～2.0)的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，其特征在于步骤二中所述促进剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求5所述的一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，其特征在于步骤二中所述分散剂为石墨。
7.根据权利要求1、2、3、4、5和6所述的一种气相沉积法制备树脂基复合材料内层的方法，其特征在于步骤二中所述稀释剂是采用甲苯和二甲苯按质量比1∶(0.8～1.2)混合而成。
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