【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及纖維增強樹脂基復合材料，特別是涉及一種梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料及其制備方法。
技術介紹
1、纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料是由碳、石英等纖維預制體作為增強相，酚醛氣凝膠、酚醛泡沫等作為基體的多孔材料，具有密度低、熱導率低、燒蝕殘炭量高等特點，是目前已知的熱防護效果最好的輕質燒蝕型復合材料，在再入飛行器防熱大底、高超聲速飛行迎風面、民用建筑保溫結構等領域有廣泛的應用場景。
2、因纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料的基體是多孔樹脂，因而在高溫燒蝕環境下，樹脂基體極易發生熱解、汽化，導致材料失重、結構坍塌、氣動外形后退。針對復合材料的燒蝕后退，現有技術主要對材料進行梯度化設計，在保證材料輕質的同時降低燒蝕重量損失與線性后退量。
3、目前報道的制備梯度化結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料的一類方法是在復合材料表面通過粘結、縫合等方式引入高低度的纖維/樹脂材料。公開號為cn117698222a的專利申請文件中報道了將纖維布、金屬箔層、纖維增強氣凝膠以纖維縫合線縫合制備梯度材料的辦法，公開號為cn111331875a的專利申請文件中報道了將外層預浸料、應變隔離層、多孔內層利用硅橡膠進行粘接制備梯度材料的方法。然而，通過粘接、縫合等方式引入的表面層在高溫氣流沖刷下極易出現剝離，一體化結構遭到破壞，難以在長時間燒蝕過程保證復合材料氣動外形的完整、穩定。另一類方法則是使用梯度化的纖維預制體作為增強相，通過編織方式的優化在纖維預制體表面引入高含量纖維，在梯度化結構的纖維預制體內進一步制備多孔樹脂基
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的一個或者多個技術問題，本專利技術提供了一種梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料及其制備方法，本專利技術提供的制備方法可以精準調控酚醛氣凝膠基體和可陶瓷化樹脂基體在纖維氈內的含量比例、復合材料密度以及抗燒蝕性能，可滿足不同需求，制得的梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料具優異的力學強度、隔熱性能和抗燒蝕性能，可在長時間燒蝕過程中保持復合材料一體化結構的完整性和穩定性。
2、本專利技術在第一方面提供了一種梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
3、s1.將纖維氈的外表面浸漬于液化的相變材料中直至達到預設浸漬深度后，經冷卻，得到占位纖維氈；
4、s2.將所述占位纖維氈浸漬于酚醛氣凝膠前驅體溶液中，進行第一固化，得到纖維氈濕凝膠復合材料；所述酚醛氣凝膠前驅體溶液包括酚醛樹脂、固化劑和第一溶劑；
5、s3.去除所述纖維氈濕凝膠復合材料中的相變材料，得到空位纖維氈濕凝膠復合材料；
6、s4.將所述空位纖維氈濕凝膠復合材料的外表面浸漬于可陶瓷化樹脂溶液中，進行第二固化，得到梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料；所述可陶瓷化樹脂溶液包括酚醛樹脂、陶瓷填料和第二溶劑。
7、優選地，所述纖維氈為纖維網胎針刺氈，優選的是，所述纖維氈的纖維選自由石英纖維、碳纖維和莫來石纖維中的至少一種，更優選的是，所述纖維氈的密度為0.10～0.50g/cm3；和/或
8、所述相變材料為石蠟、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚氨酯和尿素中的至少一種。
9、優選地，所述預設浸漬深度小于所述纖維氈的厚度，優選為1～10mm。
10、優選地，所述酚醛氣凝膠前驅體溶液中所述酚醛樹脂、所述固化劑和所述第一溶劑的質量比為1:0.1～0.3:5～10。
11、優選地，所述固化劑為六次甲基四胺、苯磺酞氯、對甲苯磺酞氯中的至少一種；和/或
12、所述第一溶劑為極性溶劑，優選為甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮中的至少一種。
13、優選地，所述可陶瓷化樹脂溶液中所述酚醛樹脂、所述陶瓷填料和所述第二溶劑的質量比為1:0.5～2:1～10。
14、優選地，所述陶瓷填料為硼化鋯、碳化硅、氧化鋯、氧化硅、氧化鎂、氧化鋁、氧化硼、氮化硼和硅酸鈉中的至少一種；和/或
15、所述第二溶劑為極性溶劑，優選為甲醇、乙醇、丙酮中的至少一種。
16、優選地，在s3中包括：于預設溫度下，將所述纖維氈濕凝膠復合材料浸漬于第三溶劑中，并進行抽濾，得到空位纖維氈濕凝膠復合材料；所述預設溫度不低于所述相變材料的液化溫度，不高于所述第三溶劑的沸騰溫度；
17、優選的是，所述第三溶劑為甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳、乙醚、二硫化碳、汽油和柴油中的至少一種。
18、優選地，所述第一固化的溫度為100～180℃，時間為3～5h；和/或
19、所述第二固化的溫度為100～180℃，時間為3～5h。
20、本專利技術在第二方面提供了一種梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料，采用第一方面所述的制備方法制得。
21、本專利技術與現有技術相比至少具有如下有益效果：
22、本專利技術首先采用相變材料在纖維氈的外表面進行預占位，并在纖維氈內部制備具有優異隔熱性能的酚醛氣凝膠，然后除去纖維氈表面預占位的相變材料，最后在纖維氈的表面孔隙中填充可陶瓷化樹脂，得到具有酚醛氣凝膠和可陶瓷化樹脂雙基體的一體化梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料。本專利技術采用相變材料在纖維氈的表面進行預占位為在纖維氈的表面孔隙中填充可陶瓷化樹脂預留出空間，同時確保在相變材料占位區域以外的區域制備酚醛氣凝膠基體。通過調控相變材料的占位深度可以精準控制可陶瓷化樹脂基體的厚度，進而調控酚醛氣凝膠基體和可陶瓷化樹脂基體在纖維氈內的含量比例、復合材料密度、隔熱性能以及抗燒蝕性能，可滿足不同使用需求，拓寬復合材料的應用范圍。
23、本專利技術提供的梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料具有雙基體的一體化結構，兼具優異的力學強度、隔熱性能和抗燒蝕性能，外表面的可陶瓷化樹脂基體在燒蝕過程中發生陶瓷化轉變，形成無機液膜阻擋熱量與氧氣向材料內部侵蝕，從而降低材料燒蝕后退，可提升復合材料在高溫燒蝕環境下抗燒蝕效果，有效抵抗高溫燒蝕，可在長時間燒蝕過程中保持復合材料一體化結構的完整性和穩定性。
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1.一種梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述纖維氈為纖維網胎針刺氈，優選的是，所述纖維氈的纖維選自由石英纖維、碳纖維和莫來石纖維中的至少一種，更優選的是，所述纖維氈的密度為0.10～0.50g/cm3；和/或
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述預設浸漬深度小于所述纖維氈的厚度，優選為1～10mm。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述酚醛氣凝膠前驅體溶液中所述酚醛樹脂、所述固化劑和所述第一溶劑的質量比為1:0.1～0.3:5～10。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述固化劑為六次甲基四胺、苯磺酞氯、對甲苯磺酞氯中的至少一種；和/或
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述可陶瓷化樹脂溶液中所述酚醛樹脂、所述陶瓷填料和所述第二溶劑的質量比為1:0.5～2:1～10。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述陶瓷填料為硼化鋯、碳化硅、氧化鋯、氧
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在S3中包括：于預設溫度下，將所述纖維氈濕凝膠復合材料浸漬于第三溶劑中，并進行抽濾，得到空位纖維氈濕凝膠復合材料；所述預設溫度不低于所述相變材料的液化溫度，不高于所述第三溶劑的沸騰溫度；
9.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一固化的溫度為100～180℃，時間為3～5h；和/或
10.一種梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料，其特征在于，采用權利要求1-9任一項所述的制備方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種梯度結構的纖維增強樹脂基輕質燒蝕復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述纖維氈為纖維網胎針刺氈，優選的是，所述纖維氈的纖維選自由石英纖維、碳纖維和莫來石纖維中的至少一種，更優選的是，所述纖維氈的密度為0.10～0.50g/cm3；和/或
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述預設浸漬深度小于所述纖維氈的厚度，優選為1～10mm。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述酚醛氣凝膠前驅體溶液中所述酚醛樹脂、所述固化劑和所述第一溶劑的質量比為1:0.1～0.3:5～10。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述固化劑為六次甲基四胺、苯磺酞氯、對甲苯磺酞氯中的至少一種；和/或
6.根據權利要求1所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張幸紅，洪長青，金翔宇，王赫兵，潘羿吾，鄭家欣，韓杰才，杜善義，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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