本發(fā)明涉及高分子材料，尤其涉及一種耐高溫?zé)g涂層材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、伴隨著飛行器的機(jī)動性、打擊精度和突防能力的快速提升，飛行器的飛行速度大幅提高的同時，彈體所面臨的氣動加熱環(huán)境也愈發(fā)嚴(yán)苛。尤其是彈體表面的熱防護(hù)材料，其防熱效能的要求越來越高。耐高溫?zé)g涂層材料作為彈體的涂層，具有操作簡便、適應(yīng)性強(qiáng)和成本較低的特點，在彈體表面熱防護(hù)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用。

2、目前主要的耐高溫?zé)g涂層材料有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和有機(jī)硅樹脂，其中，有機(jī)硅樹脂因為其si-o鍵的鍵長較長，而si-o-si鍵的鍵角大，鍵能遠(yuǎn)大于其他高分子中的c-c鍵和c-o鍵的鍵能，足以在較寬的溫度范圍內(nèi)保持最初的物理性質(zhì)，因而具有優(yōu)異的阻燃、電氣絕緣和耐腐蝕特性。

3、有機(jī)硅材料的耐燒蝕機(jī)理主要有以下兩點：

4、1，升華型耐燒蝕，即分解吸熱，在燃燒過程中，材料受熱分解，生成的小分子物質(zhì)和水會發(fā)生升華、分解甚至離子化，同時材料受熱也會熔化和升華，這一過程消耗了燒蝕過程中大量的熱能，防止了熱量入侵內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得材料的耐燒蝕性能得以提高。

5、2，成碳型耐燒蝕，即輻射散熱，在燒蝕過程中，有機(jī)硅的側(cè)基斷裂而主鏈結(jié)構(gòu)以c和si的形式保留下來，進(jìn)而在材料表面形成一層硅碳層，阻隔熱量傳遞到內(nèi)部高分子材料，同時硅碳層的力學(xué)性能良好，能夠抵擋高溫氣流的沖刷，阻礙燒蝕的擴(kuò)展，硅碳層的高黑度也使得其具有較高的紅外發(fā)射率，通過熱輻射的方式轉(zhuǎn)移熱能。

6、目前的高分子材料制備的耐燒蝕材料在燒蝕之后，會形成炭層覆蓋在耐燒蝕層的表面，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的保護(hù)支撐起到重要作用，所以炭層的力學(xué)性能對于耐燒蝕材料同樣有重要的意義。然而，燒蝕過程伴隨著大量劇烈的熔融、升華和裂解過程，現(xiàn)有的有機(jī)硅與高分子材料存在較大的極性差異，致使在高分子材料的分散性較差，因而最終得到的材料，其耐燒蝕性能提升有限。

7、所以，現(xiàn)有關(guān)于耐高溫?zé)g涂層材料的相關(guān)技術(shù)，仍有待于進(jìn)一步改善。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種耐高溫?zé)g涂層材料及其制備方法，解決了現(xiàn)有的材料分散性較差導(dǎo)致耐燒蝕性能、力學(xué)強(qiáng)度不高的技術(shù)問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種耐高溫?zé)g涂層材料，包括以下材料：聚硅氮烷樹脂、復(fù)合陶瓷材料、碳納米管和填料；

3、其中，所述復(fù)合陶瓷材料由碳化硅、石墨烯采用涂裝施工法制備而成。

4、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，包括以下重量份材料：聚硅氮烷樹脂3-16份、復(fù)合陶瓷材料75-90份、碳納米管11-16份和填料22-40份。

5、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚硅氮烷樹脂的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%-35%，粘度為500-3200?mpa·s。

6、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述填料為氧化鋯、硼化鋯、氧化鈦其中的一種。

7、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳納米管粒徑為20-40nm。

8、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：

9、將碳化硅作為基材，清潔基材表面，石墨烯分散在溶劑中，均勻地噴涂在基材表面，260-280℃干燥，加入交聯(lián)劑以完成陶瓷化，得到所述復(fù)合陶瓷材料。

10、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑包括乙烯基三乙氧基硅烷（vtes）或甲基三乙氧基硅烷（mtes）。

11、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑占所述基材的質(zhì)量的2-5%。

12、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述溶劑為聚乙二醇和水，且聚乙二醇和水的摩爾比為0.2-0.3:1。

13、第二方面，本發(fā)明還提供了第一方面所述耐高溫?zé)g涂層材料的制備方法，包括以下步驟：

14、將復(fù)合陶瓷材料、碳納米管和填料研磨，高速混勻，

15、最后加入聚硅氮烷樹脂，低速混勻，加熱固化，得到所述耐高溫?zé)g涂層材料。

16、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步地，所述高速混勻，轉(zhuǎn)速為2800-3000r/min，時間為1-1.5h。

17、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步地，所述低速混勻，轉(zhuǎn)速為400-600r/min，時間為0.5-1h。

18、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步地，所述加熱固化的條件為130-150℃的烘箱處理1-2h，再升溫至160-170℃的烘箱處理1-2h

19、在此技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述加熱固化還包括，130-150℃時加壓4mpa，160-170℃時加壓9mpa。

20、本發(fā)明所述的耐高溫?zé)g涂層材料，相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

21、本發(fā)明的耐高溫?zé)g涂層材料，聚硅氮烷具有優(yōu)異的耐高溫氧化性能，既是聚合物基體的重要組成，可以完成樹脂體系室溫固化，同時其獨特的si-n極性，又讓復(fù)合材料的粘接力更加牢固。低維納米增強(qiáng)相（碳納米管和石墨烯）的添加可較大幅度提高材料的力學(xué)性能。

22、另一方面，通過將石墨烯分散于聚乙二醇和水組成的溶劑中，使得石墨烯在溶劑中形成石墨烯網(wǎng)絡(luò)，然后再將碳化硅作為基材，經(jīng)過涂裝施工法完成了低溫陶瓷化，得到耐燒蝕的復(fù)合陶瓷材料，石墨烯網(wǎng)絡(luò)能有效摻雜于碳化硅中，而石墨烯改性的碳化硅復(fù)合陶瓷材料分散性較好，力學(xué)性能較佳，有效提高石墨烯改性復(fù)合材料的性能，極大地增強(qiáng)了最終耐高溫?zé)g涂層材料的耐燒蝕和力學(xué)性能。

23、現(xiàn)有的納米材料難以分散，團(tuán)聚以及橋架效應(yīng)使復(fù)合材料密度降低，導(dǎo)致力學(xué)性能的提升不理想。因此改性后的復(fù)合材料與之反應(yīng)，能夠改善材料分散性差的問題。

24、本發(fā)明制備得到的耐燒蝕材料，無論是耐燒蝕性能與力學(xué)性能均較為良好。

技術(shù)特征：

1.一種耐高溫?zé)g涂層材料，其特征在于，包括以下材料：聚硅氮烷樹脂、復(fù)合陶瓷材料、碳納米管和填料；

2.如權(quán)利要求1所述的耐高溫?zé)g涂層材料，其特征在于，包括以下重量份材料：聚硅氮烷樹脂3-16份、復(fù)合陶瓷材料75-90份、碳納米管11-16份和填料22-40份。

3.如權(quán)利要求2所述的耐高溫?zé)g涂層材料，其特征在于，所述聚硅氮烷樹脂的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%-35%，粘度為500-3200?mpa·s。

4.如權(quán)利要求1所述的耐高溫?zé)g涂層材料，其特征在于，所述填料為氧化鋯、硼化鋯、氧化鈦其中的一種。

5.如權(quán)利要求1所述的耐高溫?zé)g涂層材料，其特征在于，所述碳納米管粒徑為20-40nm。

6.如權(quán)利要求1所述的耐高溫?zé)g涂層材料，其特征在于，所述復(fù)合陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：

7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的耐高溫?zé)g涂層材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.如權(quán)利要求7所述的耐高溫?zé)g涂層材料的制備方法，其特征在于，所述高速混勻，轉(zhuǎn)速為2800-3000r/min，時間為1-1.5h。

9.如權(quán)利要求7所述的耐高溫?zé)g涂層材料的制備方法，其特征在于，所述低速混勻，轉(zhuǎn)速為400-600r/min，時間為0.5-1h。

10.如權(quán)利要求7所述的耐高溫?zé)g涂層材料的制備方法，其特征在于，所述加熱固化的條件為130-150℃的烘箱處理1-2h，再升溫至160-170℃的烘箱處理1-2h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提出了一種耐高溫?zé)g涂層材料及其制備方法，包括以下材料：聚硅氮烷樹脂、復(fù)合陶瓷材料、碳納米管和填料；其中，所述復(fù)合陶瓷材料由碳化硅、石墨烯采用涂裝施工法制備而成，相比較現(xiàn)有的耐高溫?zé)g涂層材料，石墨烯改性的碳化硅復(fù)合陶瓷材料分散性較好，力學(xué)性能較佳，有效提高石墨烯改性復(fù)合材料的性能，利用聚硅氮烷提升復(fù)合材料的粘接力，極大地增強(qiáng)了最終耐高溫?zé)g涂層材料的耐燒蝕和力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李少香,劉猛,劉來運,李光俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東孚日宣威新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2