一種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法
2023-10-18 03:32:29 2
專利名稱：一種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法
技術領域：
本發明涉及一種樹脂基複合材料外防護結構的製備方法。
背景技術：
當前樹脂基複合材料基體中普遍應用的聚酯樹脂、環氧樹脂、雙馬樹脂、聚醯亞胺樹脂甚至氰酸酯樹脂，適用溫度不超過400°C，已經遠不能夠滿足超高溫、強衝刷、短時程的空氣動力學燒蝕的實際工況，造成現行樹脂基複合材料基體發生裂解反應和結構的急速破壞，並喪失結構特性，從而失去樹脂基複合材料在這一特定領域的應用前景。
發明內容
本發明的目的是要解決現有樹脂基複合材料不能夠滿足超高溫、強衝刷及短時程的空氣動力學衝刷燒蝕的問題，而提供一種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法。一種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，具體是按以下步驟完成的一、樹脂基複合材料基材外表面處理採用噴砂方式或80#砂紙均勻打磨樹脂基複合材料基材外表面，然後採用丙酮清洗2 4次，再採用乙酸乙酯清洗清洗2 4次，乾燥至恆重即得到外表面處理後的樹脂基複合材料基材；二、調配改性樹脂將步驟二得到的改性樹脂加入到噴塗機中，在攪拌速度為40r/min 80r/min下將三官能團環氧樹脂、固化劑、改性劑、促進劑和分散劑攪拌均勻，然後在攪拌速度為40r/min 80r/min下加入稀釋劑，稀釋至粘度為19m2/s 25m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴塗沉積在壓力為
O.2MPa O. 5MPa、沉積速率為O. lmm/min O. 2mm/min的條件下將步驟二製備的改性樹脂均勻噴塗到步驟一得到外表面處理後樹脂基複合材料基材的外表面，沉積Smin 12min，即得到厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂外防護結構層的待固化材料；四、固化以升溫速度為8°C /min 12°C /min將步驟三製備的厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂外防護結構層的待固化材料從室溫升溫至75°C 85°C，並在75°C 85°C下恆溫固化8min 12min，然後繼續以升溫速度為8V /min 12°C /min升溫至135°C 145°C，並在135°C 145°C恆溫固化8min 12min,然後繼續以升溫速度為8°C /min 12°C /min升溫至160°C 170°C,並在160°C 170°C下固化25min 35min，自然冷卻至20°C 60°C後，即得到樹脂基複合材料外防護結構；步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與固化劑的質量比為100 (10 15);步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與改性劑的質量比為100 (100 120);步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與促進劑的質量比為100 (5 10);步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與分散劑的質量比為100 (5 10)。本發明的優點一、本發明採用氣相沉積法將改性樹脂成功附著在樹脂基複合材料外表面，形成外防護結構，突破了當前樹脂基複合材料基體中普遍應用的聚酯樹脂、環氧樹脂、雙馬樹脂、聚醯亞胺樹脂甚至氰酸酯樹脂，適用溫度不超過400°C，已經遠不能夠滿足超高溫、強衝刷、短時程的空氣動力學燒蝕的實際工況，造成現行樹脂基複合材料基體發生裂解反應和結構的急速破壞，並喪失結構特性，從而失去樹脂基複合材料在這一特定領域的應用前景；二、本發明解決了在滿足和發揮樹脂基複合材料結構性能可設計、成型工藝簡便等傳統優勢的基礎上，很好地解決了耐高溫抗衝刷樹脂基體材料的選擇及成型工藝，大大提高其耐高溫性和抗衝刷性，經過模擬試驗驗證和實際工況考核，改性樹脂與基體材料的界面性能優良，氣相沉積工藝實施過程穩定受控，熱防護效能明顯提高，能夠經歷1000°c及以上高溫爆炸顆粒氣流的多次衝刷，已成為結構功能一體化複合材料製品外防護結構製備過程的關鍵環節；三、本發明製備的帶有外防護結構樹脂基複合材料，能滿足強衝刷及短時程的空氣動力學衝刷燒蝕；且外防護結構以分子鍵和化學鍵附著在樹脂基複合材料的表面，在強衝刷和短時程的空氣動力學衝刷燒蝕的情況下外防護結構不會與樹脂基複合材料分離。
圖I是試驗一製備的帶有外防護結構的樹脂基複合材料結構示意圖；圖2是圖I沿A-A的剖視圖。
具體實施方案具體實施方式
一本實施方式是一種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，具體是按以下步驟完成的一、樹脂基複合材料基材外表面處理採用噴砂方式或80#砂紙均勻打磨樹脂基複合材料基材外表面，然後採用丙酮清洗2 4次，再採用乙酸乙酯清洗清洗2 4次，乾燥至恆重即得到外表面處理後的樹脂基複合材料基材；二、調配改性樹脂將步驟二得到的改性樹脂加入到噴塗機中，在攪拌速度為40r/min 80r/min下將三官能團環氧樹脂、固化劑、改性劑、促進劑和分散劑攪拌均勻，然後在攪拌速度為40r/min 80r/min下加入稀釋劑，稀釋至粘度為19m2/s 25m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴塗沉積在壓力為O. 2MPa O. 5MPa、沉積速率為O. lmm/min O. 2mm/min的條件下將步驟二製備的改性樹脂均勻噴塗到步驟一得到外表面處理後樹脂基複合材料基材的外表面，沉積Smin 12min，即得到厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂外防護結構層的待固化材料；四、固化以升溫速度為8°C /min 12°C /min將步驟三製備的厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂外防護結構層的待固化材料從室溫升溫至75°C 85°C，並在75°C 85°C下恆溫固化8min 12min，然後繼續以升溫速度為8°C /min 12°C /min升溫至135°C 145°C，並在135°C 145°C恆溫固化8min 12min,然後繼續以升溫速度為8°C /min 12°C /min升溫至160°C 170°C,並在160°C 170°C下固化25min 35min，自然冷卻至20°C 60°C後，即得到樹脂基複合材料外防護結構。本實施方式步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與固化劑的質量比為100 (10 15);本實施方式步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與改性劑的質量比為100 (100 120);本實施方式步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與促進劑的質量比為100 (5 10);本實施方式步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與分散劑的質量比為100 (5 10)。本實施方式採用氣相沉積法將改性樹脂成功附著在樹脂基複合材料外表面，形成外防護結構，突破了當前樹脂基複合材料基體中普遍應用的聚酯樹脂、環氧樹脂、雙馬樹月旨、聚醯亞胺樹脂甚至氰酸酯樹脂，適用溫度不超過400°C，已經遠不能夠滿足超高溫、強衝刷、短時程的空氣動力學燒蝕的實際工況，造成現行樹脂基複合材料基體發生裂解反應和結構的急速破壞，並喪失結構特性，從而失去樹脂基複合材料在這一特定領域的應用前景。本實施方式解決了在滿足和發揮樹脂基複合材料結構性能可設計、成型工藝簡便等傳統優勢的基礎上，很好地解決了耐高溫抗衝刷樹脂基體材料的選擇及成型工藝，大大提高其耐高溫性和抗衝刷性，經過模擬試驗驗證和實際工況考核，改性樹脂與基體材料的界面性能優良，氣相沉積工藝實施過程穩定受控，熱防護效能明顯提高，能夠經歷1000°c及以上高溫爆炸顆粒氣流的多次衝刷，已成為結構功能一體化複合材料製品外防護結構製備過程的關鍵環節。本實施方式製備的帶有外防護結構樹脂基複合材料，能滿足強衝刷及短時程的空氣動力學衝刷燒蝕；且外防護結構以分子鍵和化學鍵附著在樹脂基複合材料的表面，在強
衝刷和短時程的空氣動力學衝刷燒蝕的情況下外防護結構不會與樹脂基複合材料分離。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中所述的樹脂基複合材料基材為聚酯樹脂基複合材料、環氧樹脂基複合材料、雙馬來醯亞胺樹脂基複合材料、聚醯亞胺樹脂基複合材料或氰酸酯樹脂基複合材料。其他與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同點是步驟二中所述固化劑是採用間苯二胺和DDM固化劑按質量比I : (O. 8 I. 2)混合而成。其他與具體實施方式
一或二相同。本實施方式所述的DDM固化劑購買得到，由質量分數75 %的4，4- 二氨基二苯基甲烷和質量分數25%的多苯基多氨基甲烷混合而成的混合物。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同點是步驟二中所述改性劑為納米二氧化矽或碳化矽晶須，或者納米二氧化矽和碳化矽晶須按質量比I (I. 5 2. O)的混合物。其他與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同點是步驟二中所述促進劑為矽烷偶聯劑。其他與具體實施方式
一至四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同點是步驟二中所述分散劑為石墨。其他與具體實施方式
一至五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同點是步驟二中所述稀釋劑是採用甲苯和二甲苯按質量比I : (O. 8 I. 2)混合而成。其他與具體實施方式
一至六相同。採用下述試驗驗證本發明效果試驗一一種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，具體是按以下步驟完成的一、樹脂基複合材料基材外表面處理採用噴砂方式打磨樹脂基複合材料基材外表面，然後採用丙酮清洗3次，再採用乙酸乙酯清洗清洗3次，乾燥至恆重即得到外表面處理後的樹脂基複合材料基材；二、製備改性樹脂在攪拌速度為60r/min下將三官能團環氧樹脂、固化劑、改性劑、促進劑和分散劑攪拌均勻，然後在攪拌速度為60r/min下加入稀釋齊U，稀釋至粘度為21m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴塗沉積將步驟二得到的改性樹脂加入到噴塗機中，在壓力為O. 35MPa、沉積速率為O. 15mm/min的條件下將步驟二製備的改性樹脂均勻噴塗到步驟一得到外表面處理後樹脂基複合材料基材的外表面，沉積lOmin，即得到厚度為2_改性樹脂外防護結構的待固化材料；四、固化以升溫速度為10°C /min將步驟三製備的厚度為2mm改性樹脂外防護結構的待固化材料從室溫升溫至80°C，並在80°C下恆溫固化lOmin，然後繼續以升溫速度為10°C /min升溫至140°C，並在140°C恆溫固化lOmin，然後繼續以升溫速度為10°C /min升溫至165°C，並在165°C下固化30min，自然冷卻至40°C後，即得到帶有外防護結構的樹脂基複合材料。本試驗步驟一中所述的樹脂基複合材料基材為環氧樹脂基複合材料。本試驗步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與固化劑的質量比為100 12. 5;本試驗步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與改性劑的質量比為100 110;本試驗步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與促進劑的質量比為100 7. 5;本試驗步驟二中所述的三官能團環氧樹脂與分散劑的質量比為100 : 7. 5。 本試驗步驟二中所述的三官能團環氧樹脂為TPNE環氧樹脂。本試驗步驟二中所述固化劑是採用間苯二胺和DDM固化劑按質量比I : I混合而成。本試驗步驟二中所述改性劑為納米二氧化矽。本試驗步驟二中所述促進劑為矽烷偶聯劑。本試驗步驟二中所述分散劑為石墨。本試驗步驟二中所述稀釋劑是採用甲苯和二甲苯按質量比I : I混合而成。本試驗所述的DDM固化劑購買得到，由質量分數75%的4，4_二氨基二苯基甲烷和質量分數25%的多苯基多氨基甲烷混合而成的混合物。本試驗步驟三中所述的噴塗機為SNE801型噴塗機。本試驗製備的帶有外防護結構的樹脂基複合材料結構示意圖如圖I和圖2所示，圖I中的I表示外防護結構，圖I中的2表示樹脂基複合材料，圖2是圖I沿A-A的剖視圖。採用高溫爆炸顆粒氣流衝刷實驗，檢測本試驗製備的帶有外防護結構的樹脂基複合材料，在經歷1000°c及以上高溫爆炸顆粒氣流的衝刷6次(衝刷的是帶有外防護結構樹脂基複合材料的外防護結構一側)，本試驗製備的帶有外防護結構的樹脂基複合材料沒有明顯變化，所以可知本試驗製備的帶有外防護結構樹脂基複合材料具有耐高溫，耐強衝刷，耐短時程的空氣動力學衝刷燒蝕得優點。
權利要求
1.ー種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，其特徵在於氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法是按以下步驟完成的 一、樹脂基複合材料基材外表面處理採用噴砂方式或80#砂紙均勻打磨樹脂基複合材料基材外表面，然後採用丙酮清洗2 4次，再採用こ酸こ酯清洗清洗2 4次，乾燥至恆重即得到外表面處理後的樹脂基複合材料基材；ニ、調配改性樹脂將步驟ニ得到的改性樹脂加入到噴塗機中，在攪拌速度為40r/min 80r/min下將三官能團環氧樹脂、固化劑、改性劑、促進劑和分散劑攪拌均勻，然後在攪拌速度為40r/min 80r/min下加入稀釋劑，稀釋至粘度為19m2/s 25m2/s為止，即得到改性樹脂；三、噴塗沉積在壓カ為O. 2MPa O. 5MPa、沉積速率為O. lmm/min O. 2mm/min的條件下將步驟ニ製備的改性樹脂均勻噴塗到步驟一得到外表面處理後樹脂基複合材料基材的外表面，沉積8min 12min，即得到厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂外防護結構層的待固化材料；四、固化以升溫速度為8 V /min 12°C /min將步驟三製備的厚度為I. 5mm 2. 5mm改性樹脂外防護結構層的待固化材料從室溫升溫至75°C 85°C，並在75°C 85°C下恆溫固化8min 12min，然後繼續以升溫速度為8°C /min 12°C /min升溫至135°C 145°C，並在135°C 145°C恆溫固化8min 12min，然後繼續以升溫速度為8°C /min 12°C /min升溫至160°C 170°C，並在160°C 170°C下固化25min 35min，自然冷卻至20°C 60°C後，即得到樹脂基複合材料外防護結構；步驟ニ中所述的三官能團環氧樹脂與固化劑的質量比為100 (10 15);步驟ニ中所述的三官能團環氧樹脂與改性劑的質量比為100 (100 120);步驟ニ中所述的三官能團環氧樹脂與促進劑的質量比為100 (5 10);步驟ニ中所述的三官能團環氧樹脂與分散劑的質量比為100 (5 10)。
2.根據權利要求I所述的ー種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，其特徵在於步驟一中所述的樹脂基複合材料基材為聚酯樹脂基複合材料、環氧樹脂基複合材料、雙馬來醯亞胺樹脂基複合材料、聚醯亞胺樹脂基複合材料或氰酸酯樹脂基複合材料。
3.根據權利要求2所述的ー種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，其特徵在於步驟ニ中所述固化劑是採用間苯ニ胺和DDM固化劑按質量比I : (O. 8 I. 2)混合而成。
4.根據權利要求3所述的ー種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，其特徵在於步驟ニ中所述改性劑為納米ニ氧化矽或碳化矽晶須，或者納米ニ氧化矽和碳化矽晶須按質量比I : (15 2. O)的混合物。
5.根據權利要求4所述的ー種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，其特徵在於步驟ニ中所述促進劑為矽烷偶聯劑。
6.根據權利要求5所述的ー種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，其特徵在於步驟ニ中所述分散劑為石墨。
7.根據權利要求1、2、3、4、5和6所述的ー種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，其特徵在於步驟ニ中所述稀釋劑是採用甲苯和ニ甲苯按質量比I : (0.8 1.2)混合而成。
全文摘要
一種氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構的方法，它涉及一種樹脂基複合材料外防護結構的製備方法。本發明的目的是要解決現有樹脂基複合材料不能夠滿足超高溫、強衝刷及短時程的空氣動力學衝刷燒蝕的問題。方法一、對樹脂基複合材料基片進行表面處理；二、製備改性樹脂採用三官能團環氧樹脂、固化劑、改性劑、促進劑、分散劑和稀釋劑製備改性樹脂；三、將步驟二製備的改性樹脂噴塗到步驟一得到的表面處理後樹脂基複合材料基片表面，並沉積一定時間；四、採用梯度升溫方式固化後，即得到改性樹脂氣相沉積法製備樹脂基複合材料外防護結構。本發明主要用於在樹脂基複合材料表面製備外防護結構。
文檔編號B05D3/10GK102658259SQ20121016371
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者於柏峰, 于洋, 吳宏博, 陳輝, 馬俊龍 申請人:哈爾濱玻璃鋼研究院