專利名稱：一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料，涉及一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法。采用本發(fā)明制備的芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料特別適用作透波材料。
背景技術(shù)：
透波材料在航天飛行器中的地位非常重要，是航天飛行器“眼睛”的重要組成部分，是保護航天飛行器在惡劣環(huán)境條件下通訊、遙測、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)能正常工作的一種多功能介質(zhì)材料，在運載火箭、飛船、導(dǎo)彈及返回式衛(wèi)星等航天飛行器無線電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。磷酸鉻鋁是一種性能優(yōu)良的透波復(fù)合材料的基體材料，其具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐高溫性能、熱膨脹系數(shù)小、介電常數(shù)小和介電損耗低以及良好的結(jié)合能力等優(yōu)點，而且磷酸鉻鋁還有成本低、成型工藝簡單、生產(chǎn)周期短的優(yōu)點；但是磷酸鉻鋁固化后具有較高的吸濕率，而且還具有韌性較低的缺點。采用現(xiàn)有技術(shù)制得的透波材料的性能較差，難以滿足技術(shù)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種性能優(yōu)良的芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的內(nèi)容是:一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括下列步驟:
a、制備有機娃雜化憐酸絡(luò)招基體:
將I 20質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；
b、芳綸纖維布的酸腐和表面改性:
將芳綸纖維布置于(即侵泡于)質(zhì)量百分比濃度為5 30%硫酸水溶液或5 30%磷酸水溶液中進行酸腐，酸腐時間為I 30min，然后將酸腐后的芳綸纖維布用水洗凈、烘干后再置于硅烷偶聯(lián)劑中浸泡進行表面改性、浸泡時間為I 60min，制得改性的芳綸纖維布；
C、制備復(fù)合材料:
將步驟a制得的有機硅雜化磷酸鉻鋁基體涂覆在改性的芳綸纖維布上、得到涂覆有基體的改性芳綸纖維布，再將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干，得到預(yù)浸料；然后將預(yù)浸料放入平板硫化機(設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)為寶輪精密檢測儀器有限公司等，型號可以為BL-61706)中，在溫度為120°C 220°C、壓力為5 15MPa的條件下經(jīng)過時間為I 3小時的熱壓固化，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。本發(fā)明的內(nèi)容中:步驟a中所述有機硅乳液較好的為聚甲基硅乳液(例如:神龍有機硅有限公司生產(chǎn)的分子量為6 12萬的聚甲基硅乳液；天津藍海地盛科技有限公司生產(chǎn)的分子量為3 7萬的聚甲基硅乳液；廣州中正化工實業(yè)有限公司生產(chǎn)的分子量為4 10的聚甲基硅乳液)。
本發(fā)明的內(nèi)容中:步驟b中所述硅烷偶聯(lián)劑可以為KH550、KH570、KH560、ND602或ND792，硅烷偶聯(lián)劑為市售產(chǎn)品(生產(chǎn)企業(yè)有:南京聯(lián)硅化工有限公司、帕特納有限公司、銘揚化工有限公司等)。本發(fā)明的內(nèi)容中:步驟c中所述將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干的溫度為50 100°C、時間為I 20min。本發(fā)明的內(nèi)容中::步驟b中所述芳綸纖維布較好的是芳綸纖維平紋布(高模高強3000D)。本發(fā)明的內(nèi)容中:其特征是:步驟c中所述涂覆有基體的改性芳綸纖維布中，芳綸纖維布:有機硅雜化磷酸鉻鋁基體的質(zhì)量比較好的為1:100 5:100。本發(fā)明的內(nèi)容中:步驟a中所述磷酸鉻鋁可以為市售產(chǎn)品；也可以按下列步驟制備:將500g磷酸和120g氫氧化鋁置于反應(yīng)容器(例如燒瓶)中，在80°C的溫度條件下攪拌反應(yīng)；反應(yīng)完全后加入IOOg水和48g三氧化鉻，在80°C的溫度下反應(yīng),攪拌反應(yīng)完全后得到紅色的粘稠液體，然后滴加一定量的甲醇，至溶液完全變?yōu)榫G色為止；制備方法同現(xiàn)有技術(shù)，也可以是現(xiàn)有技術(shù)中的其它方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點和有益效果:
(1)采用本發(fā)明，首先用有機硅雜化磷酸鉻鋁，使其吸潮率更低，還提高彎曲強度，環(huán)境耐性更好，然后用無機酸與偶聯(lián)劑相結(jié)合的方法處理芳綸纖維布，使芳綸與磷酸鉻鋁基體的結(jié)合更加良好；從而制得一種環(huán)境耐性優(yōu)良，具有較高拉伸強度的一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料；
(2)采用本發(fā)明，芳綸纖維(布)是一種性能優(yōu)良的透波復(fù)合材料的增強材料:它屬于一種輕質(zhì)增強材料，具有無機纖維的機械性能和有機纖維的加工性能，而且具有密度小、模量大的優(yōu)點；另外芳綸分子鏈中芳香環(huán)含量高，耐高、低溫性好，不易變形；耐有機溶劑、燃料等化學(xué)腐蝕；韌性好，受沖擊后碎裂?。痪哂泻苄〉木€膨脹系數(shù)；斷裂伸長率高，耐磨性能好，較高的沖擊強度，良好的介電性能；因此，芳綸纖維可以用來增強磷酸鉻鋁，提高復(fù)合材料的拉伸性能和抗沖擊性能；
(3)采用本發(fā)明，磷酸鉻鋁具有良好的親水性，在磷酸鉻鋁基體中添加有機硅乳液磷酸鉻鋁基體進行了改性，使其憎水性提高，阻礙了磷酸鉻鋁對水的吸收，同時使材料中的氣孔減少、更加密實，使其力學(xué)性能增加；
(4)采用本發(fā)明，無機酸介質(zhì)的作用主要是使芳綸纖維表面分子產(chǎn)生水解而產(chǎn)生極性基團如-C00H，-OH等，以提高芳綸纖維表面分子與磷酸鉻鋁的鍵合作用；而硅烷偶聯(lián)劑的作用主要是與芳綸表面的活性基團產(chǎn)生化學(xué)鍵合作用，從而提高芳綸與磷酸鉻鋁的粘合性倉泛;
(5)本發(fā)明制備工藝簡單，工序簡便，容易操作，實用性強，制得的復(fù)合材料具有優(yōu)異的介電性能、較低的吸潮率和優(yōu)良的力學(xué)性能，將使磷酸鉻鋁基透波材料的使用范圍更加廣泛。
具體實施例方式
下面給出的實施例擬以對本發(fā)明作進一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例1:
一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，首先將10質(zhì)量份的有機硅乳液與100質(zhì)量份的磷酸鉻鋁混合均勻，制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；將芳綸纖維置于10%的硫酸溶液中，酸腐30min，然后將其置于KH550中，浸泡20min。將處理過的芳綸纖維布烘干后，然后與有機硅雜化磷酸鉻鋁基體進行粘合，然后放入平板硫化機中，熱壓固化，固化條件為，溫度為180°C，固化時間為2小時，壓力為IOMPa ;即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。根據(jù)GBT 1447-2005標(biāo)準測試復(fù)合材料的拉伸強度為175.5MPa。根據(jù)GBT 1449-2005標(biāo)準測試復(fù)合材料的彎曲強度為I lOMPa。實施例2:
一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，首先將20質(zhì)量份的有機硅乳液與100質(zhì)量份的磷酸鉻鋁混合均勻，制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；將芳綸纖維置于20%的硫酸溶液中，酸腐20min，然后將其置于KH560中，浸泡30min ;將處理過的芳綸纖維布烘干后，然后與有機硅雜化磷酸鉻鋁基體進行粘合，然后放入平板硫化機中，熱壓固化，固化條件為，溫度為200°C，固化時間為2小時，壓力為8MPa ;即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。將制備的復(fù)合材料置于30°C、相對濕度90%的恒溫恒濕箱中，每隔I小時測定其質(zhì)量，直至質(zhì)量不再變化，測定復(fù)合材料的吸潮率。測得復(fù)合材料的吸潮率為2.0%。實施例3: 一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，首先將15質(zhì)量份的有機硅與100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合均勻，制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；將芳綸纖維置于20%的磷酸溶液中，酸腐20min，然后將其置于KH570中，浸泡30min ;將處理過的芳綸纖維布烘干后，然后與有機硅雜化磷酸鉻鋁基體進行粘合，然后放入平板硫化機中，熱壓固化，固化條件為，溫度為160°C，固化時間為2小時，壓力為8MPa，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。根據(jù)GBT 1447-2005標(biāo)準測試復(fù)合材料的拉伸強度為170MPa。根據(jù)GBT 1449-2005標(biāo)準測試復(fù)合材料的彎曲強度為125MPa。實施例4:
一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
a、制備有機娃雜化憐酸絡(luò)招基體:
將I 20質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；
b、芳綸纖維布的酸腐和表面改性:
將芳綸纖維布置于(即侵泡于)質(zhì)量百分比濃度為5 30%硫酸水溶液或5 30%磷酸水溶液中進行酸腐，酸腐時間為I 30min，然后將酸腐后的芳綸纖維布用水洗凈、烘干后再置于硅烷偶聯(lián)劑中浸泡進行表面改性、浸泡時間為I 60min，制得改性的芳綸纖維布；
C、制備復(fù)合材料:
將步驟a制得的有機硅雜化磷酸鉻鋁基體涂覆在改性的芳綸纖維布上、得到涂覆有基體的改性芳綸纖維布，再將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干，得到預(yù)浸料；然后將預(yù)浸料放入平板硫化機(設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)為寶輪精密檢測儀器有限公司等，型號可以為BL-61706)中，在溫度為120°C 220°C、壓力為5 15MPa的條件下經(jīng)過時間為I 3小時的熱壓固化，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。實施例5:
一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
a、制備有機娃雜化憐酸絡(luò)招基體:
將I質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸絡(luò)招基體；
b、芳綸纖維布的酸腐和表面改性:
將芳綸纖維布置于(即侵泡于)質(zhì)量百分比濃度為5%硫酸水溶液中進行酸腐，酸腐時間為30min，然后將酸腐后的芳綸纖維布用水洗凈、烘干后再置于硅烷偶聯(lián)劑中浸泡進行表面改性、浸泡時間為lmin，制得改性的芳綸纖維布；
C、制備復(fù)合材料:
將步驟a制得的有機硅雜化磷酸鉻鋁基體涂覆在改性的芳綸纖維布上、得到涂覆有基體的改性芳綸纖維布，再將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干，得到預(yù)浸料；然后將預(yù)浸料放入平板硫化機(設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)為寶輪精密檢測儀器有限公司等，型號可以為BL-61706)中，在溫度為120°C、壓力為5MPa的條件下經(jīng)過時間為3小時的熱壓固化，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù) 合材料。實施例6:
一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
a、制備有機娃雜化憐酸絡(luò)招基體:
將20質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸絡(luò)招基體；
b、芳綸纖維布的酸腐和表面改性:
將芳綸纖維布置于(即侵泡于)質(zhì)量百分比濃度為30%硫酸水溶液中進行酸腐，酸腐時間為lmin，然后將酸腐后的芳綸纖維布用水洗凈、烘干后再置于硅烷偶聯(lián)劑中浸泡進行表面改性、浸泡時間為lmin，制得改性的芳綸纖維布；
C、制備復(fù)合材料:
將步驟a制得的有機硅雜化磷酸鉻鋁基體涂覆在改性的芳綸纖維布上、得到涂覆有基體的改性芳綸纖維布，再將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干，得到預(yù)浸料；然后將預(yù)浸料放入平板硫化機(設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)為寶輪精密檢測儀器有限公司等，型號可以為BL-61706)中，在溫度為220°C、壓力為15MPa的條件下經(jīng)過時間為I小時的熱壓固化，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。實施例7:
一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
a、制備有機娃雜化憐酸絡(luò)招基體:
將10質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；b、芳綸纖維布的酸腐和表面改性:
將芳綸纖維布置于(即侵泡于)質(zhì)量百分比濃度為17%硫酸水溶液中進行酸腐，酸腐時間為15min，然后將酸腐后的芳綸纖維布用水洗凈、烘干后再置于硅烷偶聯(lián)劑中浸泡進行表面改性、浸泡時間為30min，制得改性的芳綸纖維布；
C、制備復(fù)合材料:
將步驟a制得的有機硅雜化磷酸鉻鋁基體涂覆在改性的芳綸纖維布上、得到涂覆有基體的改性芳綸纖維布，再將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干，得到預(yù)浸料；然后將預(yù)浸料放入平板硫化機(設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)為寶輪精密檢測儀器有限公司等，型號可以為BL-61706)中，在溫度為170°C、壓力為IOMPa的條件下經(jīng)過時間為2小時的熱壓固化，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。實施例8:
一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟:
a、制備有機娃雜化憐酸絡(luò)招基體:
將I 20質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；
各實施例中各原料組分的具體質(zhì)量份用量見下表
權(quán)利要求
1.一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括下列步驟: a、制備有機娃雜化憐酸絡(luò)招基體: 將I 20質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體； b、芳綸纖維布的酸腐和表面改性: 將芳綸纖維布置于質(zhì)量百分比濃度為5 30%硫酸水溶液或5 30%磷酸水溶液中進行酸腐，酸腐時間為I 30min，然后將酸腐后的芳綸纖維布用水洗凈、烘干后再置于硅烷偶聯(lián)劑中浸泡進行表面改性、浸泡時間為I 60min，制得改性的芳綸纖維布； C、制備復(fù)合材料: 將步驟a制得的有機硅雜化磷酸鉻鋁基體涂覆在改性的芳綸纖維布上、得到涂覆有基體的改性芳綸纖維布，再將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干，得到預(yù)浸料；然后將預(yù)浸料放入平板硫化機中，在溫度為120°C 220°C、壓力為5 15MPa的條件下經(jīng)過時間為I 3小時的熱壓固化，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。
2.按權(quán)利要求1所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟a中所述有機硅乳液為聚甲基硅乳液。
3.按權(quán)利要求1所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟b中所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH570、KH560、ND602或ND792。
4.按權(quán)利要求2所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟b中所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH570、KH560、ND602或ND792。
5.按權(quán)利要求1、2、3或4所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟c中所述將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干的溫度為50 100°C、時間為 I 20min。
6.按權(quán)利要求1、2、3或4所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟b中所述芳綸纖維布是芳綸纖維平紋布。
7.按權(quán)利要求5所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟b中所述芳綸纖維布是芳綸纖維平紋布。
8.按權(quán)利要求1、2、3或4所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟c中所述涂覆有基體的改性芳綸纖維布中，芳綸纖維布:有機硅雜化磷酸鉻鋁基體的質(zhì)量比為1:100 5:100。
9.按權(quán)利要求5所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟c中所述涂覆有基體的改性芳綸纖維布中，芳綸纖維布:有機硅雜化磷酸鉻鋁基體的質(zhì)量比為1:100 5:100。
10.按權(quán)利要求6所述芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:步驟c中所述涂覆有基體的改性芳綸纖維布中，芳綸纖維布:有機硅雜化磷酸鉻鋁基體的質(zhì)量比為1:100 5:100。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是將1～20質(zhì)量份有機硅乳液和100質(zhì)量份磷酸鉻鋁混合攪拌均勻，即制得有機硅雜化磷酸鉻鋁基體；將芳綸纖維布置于無機酸介質(zhì)進行酸腐，然后將酸腐后的芳綸纖維布洗凈、烘干后再置于硅烷偶聯(lián)劑中浸泡進行表面改性，制得改性的芳綸纖維布；將有機硅雜化磷酸鉻鋁基體涂覆在改性的芳綸纖維布上，再將涂覆有基體的改性芳綸纖維布置于烘箱中烘干，得到預(yù)浸料；然后將預(yù)浸料經(jīng)過熱壓，即制得芳綸/有機硅雜化磷酸鉻鋁復(fù)合材料。本發(fā)明的工藝簡單，制得的復(fù)合材料具有優(yōu)異的介電性能、較低的吸潮率和優(yōu)良的力學(xué)性能，特別適用作透波材料。
文檔編號C04B16/06GK103232192SQ20131012599
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者霍冀川, 陳大慶, 雷永林 申請人:西南科技大學(xué)