一種改性酚醛樹脂及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種改性酚醛樹脂及其制備方法。其方案是：在酚醛樹脂中加入占其5~15wt%的納米尖晶石-碳復合粉體，攪拌均勻，制得改性酚醛樹脂。該復合粉體的制備方法是將碳酸鎂與金屬鋁粉按摩爾比為3︰4或將堿式碳酸鎂與金屬鋁粉按摩爾比為3︰28混合，分別組成混合原料，外加所述混合原料0~10wt%的金屬鎳粉、0~10wt%的金屬鐵粉和0~10wt%的羥基鎳粉，混合均勻，組成混合料。再將混合料和鋼球按質量比為1︰(40~60)裝入球磨罐中密封，抽真空后球磨，或抽真空后充入高純氮氣、高純氬氣和CO2氣體中的一種再進行球磨，制得納米尖晶石-碳復合粉體。本發明專利技術工藝簡單，所制備的產品能顯著改進樹脂炭的結構，改善樹脂炭的抗氧化性能和耐燒蝕性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于酚醛樹脂
，尤其涉及。
技術介紹
酚醛樹脂因其與被粘接材料基體有良好的物理、化學相容性而具有良好的粘附性能、力學性能和耐燒蝕性能，因其高溫炭化后的殘炭值較高而長期以來在高溫結構材料和航空航天等領域得到廣泛應用。因此，酚醛樹脂是固體火箭發動機噴管擴張段、防熱抗燒蝕材料等炭復合高溫結構材料的主要結合劑和基體樹脂。 但由于酚醛樹脂在熱解炭化過程放出CO、CO2, H2O和H2等小分子，形成多并苯結構，體積不斷收縮，在粘結層中產生微孔和裂縫等缺陷，降低了有效粘接面積，從而大大降低粘接強度。高溫條件下，酚醛樹脂粘結層的體積收縮更加明顯，樹脂次生炭骨架的連續性、致密性較差，從而大大降低了粘結層的內聚強度。另外，由于酚醛樹脂熱解后形成的次生炭為無序的脆性均質玻璃炭結構，該結構具有多微孔、內表面大、低密度、易氧化和易脆裂的特征，對氧化和應力非常敏感，且在3000V以上高溫處理后也難以石墨化。對制品的抗氧化、耐燒蝕性能、高溫強度及抗熱沖擊性不利，易導致材料在服役過程中的性能劣化甚至失效。因而迫切需要優化、改進酚醛樹脂炭結構，促進酚醛樹脂炭的石墨化轉變，從而改善酚醛樹脂炭的抗氧化、耐燒蝕性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種能明顯改善抗氧化性能和耐燒蝕性能的改性酚醛樹脂及其制備方法；該改性酚醛樹脂在使用過程中能顯著促進樹脂炭石墨化轉變，能改進酚醛樹脂炭結構。為實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案是在酚醛樹脂中加入占酚醛樹脂5^15wt%的納米尖晶石-碳復合粉體，攪拌均勻，制得酚醛樹脂與納米尖晶石-碳復合粉體的混合物，即為改性酚醛樹脂。所述納米尖晶石-碳復合粉體的制備方法是將碳酸鎂與金屬鋁粉按摩爾比為3 4或將堿式碳酸鎂與金屬鋁粉按摩爾比為3 28混合，分別組成混合原料，外加所述混合原料(Tl0wt%的金屬鎳粉、(Tl0wt%的金屬鐵粉和(Tl0wt%的羥基鎳粉，混合均勻，組成混合料。再將所述混合料和鋼球按混合料與鋼球的質量比為I : (40飛0)裝入不銹鋼球磨罐中密封，抽真空至-O. IMPa，置于行星球磨機上球磨2 50小時，制得納米尖晶石-碳復合粉體； 或再將所述混合料和鋼球按混合料與鋼球的質量比為I : (4(Γ60)裝入不銹鋼球磨罐中密封，抽真空至-O. IMPa，充入高純氮氣、高純氬氣和C02氣體中的一種，然后置于行星球磨機上球磨2 50小時，制得納米尖晶石-碳復合粉體。所述酚醛樹脂為熱固性酚醛樹脂，殘炭率大于45%。所述碳酸鎂為菱鎂礦、工業碳酸鎂、化學純碳酸鎂、分析純碳酸鎂中的一種，碳酸鎂的粒徑小于100目。所述堿式碳酸鎂為工業堿式碳酸鎂、化學純堿式碳酸鎂、分析純堿式碳酸鎂中的一種，堿式碳酸鎂的粒徑小于100目。所述金屬鋁粉的粒徑小于100目。所述金屬鎳粉、金屬鐵粉、羥基鎳粉的粒徑均小于100目。所述的鋼球為淬火鋼球,鋼球的質量級配為大球中球小球=2 4 I ;大球直徑為16mm,中球直徑為IOmm,小球直徑為5mm。 由于采用上述技術方案，本專利技術采用申請人的“一種納米尖晶石-碳復合粉體及其制備方法(CN201010227679. X)”的專利技術，制得納米尖晶石-碳復合粉體。在酚醛樹脂中加入5 15wt%的該納米尖晶石-碳復合粉體，工藝簡單。本專利技術所制備的改性酚醛樹脂于200°C固化后，在還原氣氛或隔絕空氣條件下，于120(Tl400°C炭化處理，得到高度石墨化的樹脂炭。與未加入納米尖晶石-碳復合粉體的酚醛樹脂炭化產物相比，改性酚醛樹脂炭化產物的氧化失重溫度明顯提高。因此，本專利技術工藝簡單，所制備的改性酚醛樹脂能明顯優化和改進樹脂炭的結構，促進酚醛樹脂炭的石墨化轉變，能顯著改善酚醛樹脂炭的抗氧化性能和耐燒蝕性能。附圖說明圖I為酚醛樹脂、尖晶石+酚醛樹脂和本專利技術制備的一種改性酚醛樹脂炭化后形成的酚醛樹脂炭的X射線衍射圖譜； 圖2為酚醛樹脂炭(1400°C熱解)場發射掃描電子像； 圖3為本專利技術制備的一種改性酚醛樹脂炭(1400°C熱解)場發射掃描電子像； 圖4為酚醛樹脂熱解產物(1200°C熱解)的DSC/TG分析曲線圖5為本專利技術制備的一種改性酚醛樹脂熱解產物(1200°C熱解)的DSC/TG分析曲線。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。為避免重復，先將本具體實施方式所涉及的原料統一描述如下 酚醛樹脂為熱固性酚醛樹脂，殘炭率大于45% ;菱鎂礦、工業碳酸鎂、化學純碳酸鎂和分析純碳酸鎂的粒徑均小于100目；工業堿式碳酸鎂、化學純堿式碳酸鎂、分析純堿式碳酸鎂的粒徑均小于100目；金屬鋁粉的粒徑小于100目；金屬鎳粉、金屬鐵粉和羥基鎳粉的粒徑均小于100目。本具體實施方式中的鋼球為淬火鋼球,鋼球的質量級配為大球中球小球=2:4: I ;大球直徑為16mm，中球直徑為10mm，小球直徑為5mm。實施例中不再贅述。實施例I 。在酚醛樹脂中加入占酚醛樹脂5 10wt%的納米尖晶石-炭復合粉體，攪拌均勻，制得酚醛樹脂與納米尖晶石-炭復合粉體的混合物，即為改性酚醛樹脂。本實施例所述納米尖晶石-炭復合粉體的制備方法是將碳酸鎂與金屬鋁粉按摩爾比為3 : 4,組成混合原料,外加所述混合原料(Tl0wt%的金屬鎳粉、(Tl0wt%的金屬鐵粉和(Tl0wt%的羥基鎳粉，混合均勻，組成混合料。再將所述混合料和鋼球按混合料與鋼球的質量比為I : (4(Γ60)裝入不銹鋼球磨罐中密封,抽真空至-O. IMPa,置于行星球磨機上球磨2 50小時，制得納米晶尖晶石-碳復合粉體。其中碳酸鎂為菱鎂礦。實施例2 。除碳酸鎂為工業碳酸鎂外，其余同實施例I。實施例3 。除碳酸鎂為分析純碳酸鎂外，其余同實施例I。 實施例4 。除碳酸鎂為化學純碳酸鎂外，其余同實施例I。實施例5 。在酚醛樹脂中加入占酚醛樹脂5 10wt%的納米尖晶石-炭復合粉體，攪拌均勻，制得酚醛樹脂與納米尖晶石-炭復合粉體的混合物，即為改性酚醛樹脂。本實施例所述納米尖晶石-炭復合粉體的制備方法是將碳酸鎂與金屬鋁粉按摩爾比為3 : 4,組成混合原料,外加所述混合原料(Tl0wt%的金屬鎳粉、(Tl0wt%的金屬鐵粉和(Tl0wt%的羥基鎳粉，混合均勻，組成混合料。再將所述混合料和鋼球按混合料與鋼球的質量比為I : (40飛0)裝入不銹鋼球磨罐中密封，抽真空至-O. IMPa,充入高純氮氣，然后置于行星球磨機上球磨2 50小時，制得納米晶尖晶石-碳復合粉體。其中碳酸鎂為菱鎂礦。實施例6 。除碳酸鎂為工業碳酸鎂外，其余同實施例5。實施例7 。除碳酸鎂為分析純碳酸鎂外，其余同實施例5。實施例8 。除碳酸鎂為化學純碳酸鎂外，其余同實施例5。實施例9 。在酚醛樹脂中加入占酚醛樹脂5 10wt%的納米尖晶石-炭復合粉體，攪拌均勻，得到酚醛樹脂與納米尖晶石-炭復合粉體的混合物，即改性酚醛樹脂。本實施例所述納米尖晶石-炭復合粉體的制備方法是將碳酸鎂與金屬鋁粉按摩爾比為3 : 4,組成混合原料,外加所述混合原料(Tl0wt%的金屬鎳粉、(Tl0wt%的金屬鐵粉和(Tl0wt%的羥基鎳粉，混合均勻，組成混合料。再將所述混合料和鋼球按混合料與鋼球的質量比為I : (40飛0)裝入不銹鋼球磨罐中密封本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：柯昌明，郭貝貝，倪月娥，
申請(專利權)人：武漢科技大學，
類型：發明
國別省市：