專利名稱：硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑石英纖維復合材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種硅樹脂與石英纖維復合材料的制備方法。
背景技術：
航空、航天透波材料是保護飛行器在惡劣環境條件下通訊、遙測、制導、引爆等系統正常工作的一種多功能介質材料，在運載火箭、飛船、導彈及返回式衛星等飛行器無線電系統中得到廣泛應用。天線罩位于飛行器的頭部，具有導流、防熱、透波、承載等多種功能。隨著航空航天技術的發展以及現代化戰爭的需要，航空航天飛行器的飛行馬赫數不斷提高，處于飛行器氣動力和氣動熱最大最高位置的天線罩需承受的溫度和熱沖擊越來越高，因此高溫透波材料成為研究重點。石英纖維從20世紀30年代起應用于空間飛行器和軍用飛機，它對雷達頻率的透過性比玻璃纖維更好，在100MHz～100GHz內石英纖維的介電常數保持不變，介質損耗角正切的變化也非常小，僅從0.0002變化到0.00045，并且介電性能隨溫度變化較小，是最為理想的寬頻透波增強材料。硅樹脂具有優良的耐熱性和介電性能，被廣泛應用于耐高溫寬頻透波復合材料的基體樹脂。硅樹脂是以Si-O-Si為骨架，Si-O鍵的鍵能在硅樹脂中為450kJ/mol(C-C鍵的鍵能為307kJ/mol)，所以硅樹脂的熱穩定性高。硅樹脂不僅能耐較高的溫度，而且在高溫燒蝕后，表面形成耐熱性能更好的SiO2層，很少反射電磁波。但由于石英纖維表面和硅樹脂中均含有較多的羥基，因此在高溫條件下，石英纖維與硅樹脂復合材料的界面處羥基間會發生縮合反應，脫水，導致石英纖維的增強效果下降；復合材料的高溫力學性能差，不能夠滿足實際應用的需要。

發明內容
本發明的目的是為了解決高溫條件下現有石英纖維與硅樹脂復合材料的界面處羥基間發生縮合反應，脫水，導致石英纖維的增強效果下降，復合材料的高溫力學性能差，不能夠滿足實際應用的問題，而提供的一種硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑石英纖維復合材料的制備方法。硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料按以下步驟制備(一)石英纖維表面預處理石英纖維在380～420℃、氮氣環境中停留8～12min；(二)浸膠將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1％～2％的甲磺酸溶液中10～20min；(三)經過浸膠的石英纖維通過刮膠輥后送入180～200℃、氮氣環境中干燥8～12min；(四)將涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合、模壓，其中硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合物總質量的30％～40％，即得到硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料。本發明制備的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料在500℃燒蝕30min后的彎曲強度達到54～60MPa，比目前硅樹脂與石英纖維復合材料的彎曲強度提高了2～2.5倍。本發明制備的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料在高溫處理后的剪切強度達到5.2～5.6MPa，比目前現硅樹脂與石英纖維復合材料的剪切強度提高了2.1～2.5倍。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料按以下步驟制備(一)石英纖維表面預處理石英纖維在380～420℃、氮氣環境中停留8～12min；(二)浸膠將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1％～2％的甲磺酸溶液中10～20min；(三)經過浸膠的石英纖維通過刮膠輥后送入180～200℃、氮氣環境中干燥8～12min，以除去涂層中的溶劑甲磺酸；(四)將涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合、模壓，其中硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合物總質量的30％～40％，即得到硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(一)中石英纖維在390～410℃、氮氣環境中停留9～11min。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(一)中石英纖維在400℃、氮氣環境中停留10min。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(二)中將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1.2％～1.8％的甲磺酸溶液中12～18min。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(二)中將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1.3％～1.7％的甲磺酸溶液中14～16min。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(二)中將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1.5％的甲磺酸溶液中15min。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(二)中含有聚苯并雙噁唑的甲磺酸溶液的制備方法先按聚苯并雙噁唑占聚苯并雙噁唑與甲磺酸總質量1％～2％的比例將聚苯并雙噁唑加入濃度為分析純的甲磺酸中，再在30～40℃的條件下密封攪拌6～8天，即得到聚苯并雙噁唑質量分數為1％～2％的甲磺酸溶液。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(三)中經過浸膠的石英纖維通過刮膠輥后送入185～195℃、氮氣環境中干燥9～11min。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
九本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(三)中經過浸膠的石英纖維通過刮膠輥后送入190℃、氮氣環境中干燥10min。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
十本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(四)中硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合物總質量的32％～38％。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
十一本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(四)中硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合物總質量的33％～37％。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
十二本實施方式與具體實施方式
一的不同點步驟(四)中硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合物總質量的35％。其它步驟與實施方式一相同。
具體實施例方式
十三本實施方式與具體實施方式
一的不同點硅樹脂為甲基硅樹脂。其它與實施方式一相同。
具體實施例方式
十四本實施方式硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料按以下步驟制備(一)石英纖維表面預處理石英纖維在380～420℃、氮氣環境中停留8～12min；(二)浸膠將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1.5％的甲磺酸溶液中13～17min；(三)經過浸膠的石英纖維通過刮膠輥后送入240～260℃、氮氣環境中干燥8～12min，以除去涂層中的溶劑甲磺酸；(四)將涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與甲基硅樹脂混合、模壓，其中甲基硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與甲基硅樹脂混合物總質量的30％～40％，即得到硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料。
本實施方式步驟(二)中含有聚苯并雙噁唑的甲磺酸溶液的制備方法先按聚苯并雙噁唑占聚苯并雙噁唑與甲磺酸總質量1.5％的比例將聚苯并雙噁唑加入濃度為分析純的甲磺酸中，再在35℃的條件下密封攪拌7天，即得到聚苯并雙噁唑質量分數為1.5的甲磺酸溶液。本實施方式中石英纖維涂覆的聚苯并雙噁唑(PBO)在520℃時分解，溫度為650℃時PBO分解達到最大值，溫度升至710℃時PBO完全分解。
權利要求
1.硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料按以下步驟制備(一)石英纖維表面預處理石英纖維在380～420℃、氮氣環境中停留8～12min；(二)浸膠將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1％～2％的甲磺酸溶液中10～20min；(三)經過浸膠的石英纖維通過刮膠輥后送入180～200℃、氮氣環境中干燥8～12min；(四)將涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合、模壓，其中硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合物總質量的30％～40％，即得到硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料。
2.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟(一)中石英纖維在390～410℃、氮氣環境中停留9～11min。
3.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟(一)中石英纖維在400℃、氮氣環境中停留10min。
4.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟(二)中將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1.2％～1.8％的甲磺酸溶液中12～18min。
5.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟(二)中將經過表面預處理的石英纖維浸入聚苯并雙噁唑質量分數為1.4％～1.6％的甲磺酸溶液中13～17min。
6.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟(二)中含有聚苯并雙噁唑的甲磺酸溶液的制備方法先按聚苯并雙噁唑占聚苯并雙噁唑與甲磺酸總質量1％～2％的比例將聚苯并雙噁唑加入濃度為分析純的甲磺酸中，再在30～40℃的條件下密封攪拌6～8天，即得到聚苯并雙噁唑質量分數為1％～2％的甲磺酸溶液。
7.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟(三)中經過浸膠的石英纖維通過刮膠輥后送入185～195℃、氮氣環境中干燥9～11min。
8.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于步驟(四)中硅樹脂占涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合物總質量的32％～38％。
9.根據權利要求1所述的硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，其特征在于硅樹脂為甲基硅樹脂。
全文摘要
硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料的制備方法，它涉及一種硅樹脂與石英纖維復合材料的制備方法。它解決了目前硅樹脂與石英纖維復合材料在高溫條件下石英纖維的增強效果下降，復合材料的高溫力學性能差的問題。本發明復合材料制備方法(一)石英纖維表面預處理；(二)浸膠；(三)通過刮膠輥后干燥；(四)將涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維與硅樹脂混合、模壓，即得到硅樹脂與涂覆聚苯并雙噁唑的石英纖維復合材料。本發明制備的復合材料在500℃燒蝕30min后的彎曲強度達到54～60MPa，剪切強度達到5.2～5.6MPa，分別比目前現硅樹脂與石英纖維復合材料的提高了2～2.5和2.1～2.5倍。
文檔編號C08J5/04GK1908066SQ200610010358
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月2日 優先權日2006年8月2日
發明者劉麗, 黃玉東, 王磊 申請人:哈爾濱工業大學