1．目的及意义

热防护材料通常是一种在正常使用条件下保护装置设备免于向内部传热的材料。随着其需求的不断增加，研究逐渐深入。由于热保护材料的历史悠久，技术相对成熟，因此得到了广泛的应用。例如，以酚醛树脂和环氧树脂为基材的低密度热防护材料可广泛应用于高压和低热流条件下的飞机热保护。它是航天器返回舱探测器中最重要的热保护材料。对于热保护系统和材料，提高所用材料的极限温度和高温性能，增加表面辐射能，增强抗氧化能力，并实现整合隔热和疏导能量的能力，是当前研究的热点。

酚醛树脂由于其原料易得，成本低，且耐热性，耐腐蚀性，阻燃性优异，也具备良好的机械性能和独特的抗烧蚀性，可广泛用于航空航天工业。但它也存在如脆性大，结构容易变形，酚基易氧化，容易变色等缺点，传统酚醛树脂可承受的最高温度约为250℃。当温度超过300℃时，它将经历一系列的性能变化，例如热解，碳化和成膜性变差等。所以应用在热防护材料领域时我们需要对酚醛树脂进行进一步的改性以改进它的缺点，开发它的应用潜质。例如，无机物物料的添加改性酚醛树脂主要是引入键能相对较大的共价键或者引入相对链较长的无机物以便提高酚醛树脂的热稳定性和柔韧性。

为了满足高新技术的发展，酚醛树脂预浸料制备新工艺也一直是人们关注的热点。预浸料的质量直接影响到复合材料构件的性能好坏。目前，预浸料制备工艺主要是溶液浸渍法和热熔法。在溶液浸渍过程中，引入大量溶剂，成本增加，挥发物含量高，产品批次不稳定，不利于操作者的健康和环境保护。热熔工艺可以避免上述问题，获得产品质量稳定，胶含量均匀的预浸料。因此，热熔预浸料近年来备受关注。热熔预浸工艺对树脂有严格的要求：树脂可以保证成膜，树脂膜可以自由弯曲，不留渣、粘在手上；当渗透纤维时树脂需要具有较低的粘度以确保纤维的充分润湿，并且制备的预浸料的含胶量均匀可控；将树脂渗透纤维制备成预浸料后，表面应粘稠，以满足敷层工艺的要求。基于树脂的热熔预浸渍工艺的上述要求，热固性酚醛树脂的挑战是：热熔法成膜性的特殊要求对改性剂选择范围有限；树脂对纤维的预浸过程，熔渗过程和预浸料满足铺覆要求的粘性窗口的控制尤为重要。未经处理的热固性酚醛树脂具有低分子量和高粘度，在一定温度下，相对分子质量迅速增加，薄膜脆化，易于熔渣，难以满足热熔工艺成膜要求。如何设计热熔性热固性酚醛树脂的组成和热熔工艺参数是热固性酚醛树脂在热熔预浸工艺中亟待解决的问题。据此，我们可以将可陶瓷化耐热改性剂引入酚醛树脂中。通过控制温度以确保酚醛树脂增韧，并且其耐热性不会丧失甚至改善。对于可陶瓷化酚醛树脂膜的制备工艺参数研究，可为热熔法酚醛树脂在高性能树脂基复合材料领域的应用提供参考。

本课题所述的可陶瓷化酚醛树脂基复合材料由纤维增强体材料、热固性酚醛树脂、碳化硅通过模压成型制备而成。通过控制填料碳化硅不同的含量，对比分析了可陶瓷化体系对于成膜性能以及复合材料的力学性能、热性能、微观结构的影响。利用碳化硅改善热熔法酚醛树脂的耐热性，从而使制备而成的热熔法酚醛树脂预浸料具有固化速度低、耐热性较高的特点。同时在制备过程中，只需将由热固性酚醛树脂、填料按比例混合升温熔融后制备成酚醛树脂膜，然后将酚醛树脂膜与纤维增强体材料进行模压成型，即可得到所述热熔法酚醛树脂复合材料，制备方法简单，实用性较强。另外，采用本发明所述的热熔法可陶瓷化酚醛树脂预浸料制备而成的复合材料，具有优异的耐热性能和力学性能，能够满足在飞机、航天器及游艇等国防和民用领域的应用。本次通过文献调研，我充分了解了国内外相关研究概况和发展趋势，了解了该选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系，并认为这是一种能降低制造成本、节约生产能耗、提高产品性能的一种方法。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容

（1）可陶瓷化酚醛树脂膜复合材料的制备：用可陶瓷化体系改性酚醛树脂，通过控制变量，采用复合材料模压成型工艺制备填料含量不同的可陶瓷化酚醛树脂膜复合材料。
（2）可陶瓷化体系对于成膜性能的影响。
（3）通过SEM、Raman、FT-IR等方法对其进行微观结构分析，利用力学性能测试机、密度计等仪器研究复合材料的密度、热性能、力学性能、微观结构、成膜性能等，并分析可陶瓷化体系对于成膜性能的影响。
2.2 研究目标

（1）掌握陶瓷化可陶瓷化体系改性酚醛树脂膜的制备方法，同时学会采用热熔法制备酚醛树脂高性能复合材料。

（2）通过控制填料加入量，设计一系列填料含量梯度（20％、30％、40％）的陶瓷化酚醛树脂膜，对比分析可陶瓷化体系对于成膜性能的影响，获得可陶瓷化酚醛树脂膜密度等性能变化规律。

（3）对陶瓷化酚醛树脂膜进行表征，并探究热熔法制备的复合材料的密度、热性能、力学性能等，总结分析。

2.3 技术方案

（1）称取一定质量的酚醛树脂(150g)热固性酚醛树脂加入反应瓶中，并加热至 60 ～ 80℃使热固性酚醛树脂熔融。温度不能太高，否则会使酚醛树脂固化。
（2）20分钟后取出，加入一定体积百分比（20％、30％、40％）的碳化硅，同时加入10％的酒精，加快熔融速度。酒精含量不能过高，否则挥发不完全，对成型制品质量造成影响。搅拌均匀后，放入烘箱中使其溶解充分.
（3）等其溶解均匀后取出，搅拌，手动刮膜，再冷却至室温，得树脂膜熔渗工艺用的酚醛树脂膜 ；实验室制备的树脂胶膜，呈灰黑状，不粘手不粘纸，具有一定强度和韧性，可弯曲而不断裂，此状态下的树脂满足了热熔法制备预浸料用胶膜的使用要求和性能指标。
（4）裁剪尺寸为10x15的玻璃纤维16层，得到的可陶瓷化酚醛树脂膜与纤维增强体材料进行复合，得到热熔法酚醛树脂预浸料。
（5）通过模压成型工艺，140℃模压3小时，得到纤维增强酚醛树脂基复合材料。
（6）通过SEM、Raman、FT-IR等方法对树脂膜进行微观结构分析，利用力学性能测试机、密度计等仪器研究复合材料的密度、热性能、力学性能、微观结构、成膜性能等，并分析可陶瓷化体系对于成膜性能的影响。
3. 参考文献

[1]吴祥.热熔膜法长效低温碳纤维/环氧树脂预浸料的制备及性能研究[D].华东理工大学

[2]王戈,张文福,程海涛,顾少华,李明鹏.一种竹纤维热熔预浸料及其制备方法[P].2018-04-24.