腈烯基酚醛樹脂與熱防護燒蝕模塑料及其制備方法技術

一種腈烯基酚醛樹脂的制備方法，涉及熱防護材料技術領域，包括以下步驟：（1）將4?硝基鄰苯二甲腈、碳酸鉀、硫酸鋇加入苯酚溶液中，控制溫度在60?70℃；（2）加入甲醛并采用點滴方式加入硅鎢酸鈉，升溫至70?75℃反應1小時；（3）升溫至90?95℃，加入聚乙烯醇縮丁醛溶液和正硅酸乙酯，充分反應后冷卻，冷卻過程中加入苯胺、植物油酸混合均勻；上述步驟（3）中的聚乙烯醇縮丁醛溶液通過將聚乙烯醇縮丁醛溶于乙醇制得。通過該方法制備的腈烯基酚醛樹脂可以用于制備耐高溫沖刷、耐燒蝕性優越的熱防護燒蝕模塑料，從而替代目前廣泛使用的高硅氧纖維酚醛模塑料，以滿足高熱、高沖擊環境下的使用要求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及熱防護材料
，特別涉及一種腈烯基酚醛樹脂與熱防護燒蝕模塑料及其制備方法。
技術介紹
耐高溫材料對航天和航空飛行器的制造具有十分重要的作用。由于燒蝕防熱法具有眾多較優越的散熱機制, 能夠有效確保結構內部處于較低的溫度,廣泛應用于各種航天飛行器高熱流部件的熱防護中。目前, 在燒蝕防熱材料中主要是酚醛基材料碳布或高硅氧布增強)和C/C復合材料競相發展。與C/C復合材料相比, 酚醛基燒蝕防熱材料具有成本低、熱導率低及隔熱效果好等優點, 在普通、短暫的燒蝕環境中有著廣泛的應用。目前的航空器上通常采用高硅氧纖維酚醛模塑料制作熱防護件，高硅氧纖維酚醛模塑料制作的熱防護件在一般情況下都能滿足使用需求，但現有的高硅氧纖維酚醛模塑料仍存在一些不足，例如燒蝕率偏大，材料的機械強度偏低，其耐高溫沖刷、耐燒蝕性及耐高壓沖擊性能還有待提高。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種制備腈烯基酚醛樹脂的方法，進而通過該方法制備的腈烯基酚醛樹脂再制備出耐高溫沖刷、耐燒蝕性優越的熱防護燒蝕模塑料，來替代目前廣泛使用的高硅氧纖維酚醛模塑料，以滿足高熱、高沖擊環境下的使用要求。為了解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：一種腈烯基酚醛樹脂的制備方法，包括以下步驟：（1）將4-硝基鄰苯二甲腈、碳酸鉀、硫酸鋇加入苯酚溶液中，控制溫度在60-70℃；（2）加入甲醛并采用點滴方式加入硅鎢酸鈉，升溫至70-75℃反應1小時；（3）升溫至90-95℃，加入聚乙烯醇縮丁醛溶液和正硅酸乙酯，充分反應后冷卻，冷卻過程中加入苯胺、植物油酸混合均勻；上述步驟（3）中的聚乙烯醇縮丁醛溶液通過將聚乙烯醇縮丁醛溶于乙醇制得。進一步，上述步驟（1）中各組份的重量配比為4-硝基鄰苯二甲腈16-20份、碳酸鉀1-3份、硫酸鋇2-3份、苯酚200-220份；上述步驟（2）中各組份的重量配比為甲醛260-310份、硅鎢酸鈉3-5份；上述步驟（3）中各組份的重量配比為聚乙烯醇縮丁醛溶液17.8-22.8份、正硅酸乙酯4-8份、苯胺5-9份、植物油酸3-5份； 所述聚乙烯醇縮丁醛溶液中包括12.8-14.8重量份的聚乙烯縮丁醛及5-8重量份的乙醇。優選的，上述步驟（1）中各組份的重量配比為4-硝基鄰苯二甲腈18份、碳酸鉀2份、硫酸鋇2.5份、苯酚210份；上述步驟（2）中各組份的重量配比為甲醛280份、硅鎢酸鈉3.5份；上述步驟（3）中各組份的重量配比為聚乙烯醇縮丁醛溶液20.3份、正硅酸乙酯6份、苯胺7份、植物油酸3.5份； 所述聚乙烯醇縮丁醛溶液中包括13.8重量份的聚乙烯縮丁醛及6.5重量份的乙醇。作為本專利技術的另一方面，本專利技術還提供一種腈烯基酚醛樹脂，該腈烯基酚醛樹脂采用上述制備方法制備得到。此外，本專利技術還提供一種制備熱防護燒蝕模塑料的方法，包括以下步驟：（1）用石英纖維浸漬權利要求4所述的腈烯基酚醛樹脂；（2）對浸漬了腈烯基酚醛樹脂的石英纖維進行烘培，烘培溫度控制在80-100℃，揮發物殘留量控制在3.5-7.5%。作為在上述制備方法上的改進方案，一種制備熱防護燒蝕模塑料的方法，包括以下步驟：（1）取權利要求4所述的腈烯基酚醛樹脂，往其中加入二氧化硅并混合均勻，得到腈烯基酚醛樹脂-二氧化硅混合物，然后用石英纖維浸漬所述腈烯基酚醛樹脂-二氧化硅混合物；（2）對浸漬了腈烯基酚醛樹脂-二氧化硅混合物的石英纖維進行烘培，烘培溫度控制在80-100℃，揮發物殘留量控制在3.5-7.5%。此外，本專利技術還提供一種熱防護燒蝕模塑料，該熱防護燒蝕模塑料采用前述制備方法制備得到。進一步，上述熱防護燒蝕模塑料由以下質量份的組分組成：腈烯基酚醛樹脂60-70份，石英纖維90-100份。本專利技術取得的有益效果在于：本專利技術提供一種腈烯基酚醛樹脂，采用該樹脂制得的熱防護燒蝕模塑料具有較小的燒蝕率，材料的機械強度較高，耐高溫沖刷、耐燒蝕性優越，能夠滿足高熱、高沖擊環境下的使用要求。具體實施方式本專利技術的主要特點在于：先制備耐高溫沖刷、耐燒蝕性優越的樹脂基體（腈烯基酚醛樹脂），然后用石英纖維浸漬該樹脂基體，從而得到具有較小的燒蝕率、較高機械強度的熱防護燒蝕模塑料。上述樹脂基體（腈烯基酚醛樹脂）的制備方法包括以下步驟：（1）將4-硝基鄰苯二甲腈、碳酸鉀、硫酸鋇加入苯酚溶液中，控制溫度在60-70℃；（2）加入甲醛并采用點滴方式加入硅鎢酸鈉，升溫至70-75℃反應1小時；（3）升溫至90-95℃，加入聚乙烯醇縮丁醛溶液和正硅酸乙酯，充分反應后冷卻，冷卻過程中加入苯胺、植物油酸混合均勻；上述步驟（3）中的聚乙烯醇縮丁醛溶液通過將聚乙烯醇縮丁醛溶于乙醇制得。為了讓本領域技術人員更清楚地了解本專利技術相對現有技術的改進之處，下面結合實施例對本專利技術作進一步的說明。由于各實施例之間的不同之處主要在于制備基體樹脂所用組份配比不同，而用石英纖維浸漬基體樹脂生產熱防護燒蝕模塑料的工藝都一樣，為簡化表述，以下實施例將制備基體樹脂和浸漬工藝生產熱防護燒蝕模塑料的過程放在一起進行說明。另外，以下實施例采用的方案均未在基體樹脂中添加二氧化硅，申請人經實踐發現，先往基體樹脂中加入二氧化硅，再用石英纖維浸漬生產得到的模塑料具有更好的熱防護燒蝕性能。最后，為了便于本領域技術人員理解本專利技術相于現有技術的改進，專利技術人還在現有的高硅氧纖維酚醛模塑料中選擇了一種進行了性能對比測試，測試結果見表1所示。實施例1：首先，將13.8重量份的聚乙烯醇縮丁醛溶于6.5重量份的乙醇制得聚乙烯醇縮丁醛溶液。然后按以下步驟制備樹脂基體（腈烯基酚醛樹脂）：（1）將4-硝基鄰苯二甲腈、碳酸鉀、硫酸鋇加入苯酚溶液中，控制溫度在60-70℃；（2）加入甲醛并采用點滴方式加入硅鎢酸鈉，升溫至70-75℃反應1小時；（3）升溫至90-95℃，加入聚乙烯醇縮丁醛溶液和正硅酸乙酯，充分反應后冷卻，冷卻過程中加入苯胺、植物油酸混合均勻，即可得到所述腈烯基酚醛樹脂；上述步驟中用到的各組分的重量配比為：4-硝基鄰苯二甲腈 18份碳酸鉀 2份硫酸鋇 2.5份苯酚 210份甲醛 280份硅鎢酸鈉 3.5份聚乙烯醇縮丁醛溶液 20.3份正硅酸乙酯 6份苯胺 7份植物油酸 3.5份。此后，采用浸漬工藝生產熱防護燒蝕模塑料，制備過程包括以下步驟：（1a）用石英纖維浸漬前述制備的樹脂基體（腈烯基酚醛樹脂）；（2a）對浸漬了腈烯基酚醛樹脂的石英纖維進行烘培，烘培溫度控制在80-100℃，揮發物（主要是乙醇，以及少量未反應的甲醛）殘留量控制在3.5-7.5%。最后，對制備得到的熱防護燒蝕模塑料進行性能測試，測試項目包括線燒蝕率、質量燒蝕率、彎曲強度及拉伸強度，測試結果見以下表1所示。實施例2：首先，將12.8重量份的聚乙烯醇縮丁醛溶于5重量份的乙醇制得聚乙烯醇縮丁醛溶液。然后按照與實施例1中同樣的步驟制備樹脂基體（腈烯基酚醛樹脂），但步驟（1）、（2）和（3）中用到的各組分的重量配比按以下：4-硝基鄰苯二甲腈 16份碳酸鉀 1份本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種腈烯基酚醛樹脂的制備方法，包括以下步驟：（1）將4?硝基鄰苯二甲腈、碳酸鉀、硫酸鋇加入苯酚溶液中，控制溫度在60?70℃；（2）加入甲醛并采用點滴方式加入硅鎢酸鈉，升溫至70?75℃反應1小時；（3）升溫至90?95℃，加入聚乙烯醇縮丁醛溶液和正硅酸乙酯，充分反應后冷卻，冷卻過程中加入苯胺、植物油酸混合均勻；上述步驟（3）中的聚乙烯醇縮丁醛溶液通過將聚乙烯醇縮丁醛溶于乙醇制得。

【技術特征摘要】
1.一種腈烯基酚醛樹脂的制備方法，包括以下步驟：（1）將4-硝基鄰苯二甲腈、碳酸鉀、硫酸鋇加入苯酚溶液中，控制溫度在60-70℃；（2）加入甲醛并采用點滴方式加入硅鎢酸鈉，升溫至70-75℃反應1小時；（3）升溫至90-95℃，加入聚乙烯醇縮丁醛溶液和正硅酸乙酯，充分反應后冷卻，冷卻過程中加入苯胺、植物油酸混合均勻；上述步驟（3）中的聚乙烯醇縮丁醛溶液通過將聚乙烯醇縮丁醛溶于乙醇制得。2.根據權利要求1所述的腈烯基酚醛樹脂的制備方法，其特征在于：上述步驟（1）中各組份的重量配比為4-硝基鄰苯二甲腈16-20份、碳酸鉀1-3份、硫酸鋇2-3份、苯酚200-220份；上述步驟（2）中各組份的重量配比為甲醛260-310份、硅鎢酸鈉3-5份；上述步驟（3）中各組份的重量配比為聚乙烯醇縮丁醛溶液17.8-22.8份、正硅酸乙酯4-8份、苯胺5-9份、植物油酸3-5份；所述聚乙烯醇縮丁醛溶液中包括12.8-14.8重量份的聚乙烯縮丁醛及5-8重量份的乙醇。3.根據權利要求2所述的腈烯基酚醛樹脂的制備方法，其特征在于：上述步驟（1）中各組份的重量配比為4-硝基鄰苯二甲腈18份、碳酸鉀2份、硫酸鋇2.5份、苯酚210份；上述步驟（2）中各組份的重量配比為甲醛...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張全旺，謝平，
申請(專利權)人：湖南金化科技集團有限公司，
類型：發明
國別省市：湖南;43