[00828572]耐高温杂化硅树脂及其复合材料制备关键技术

硅树脂是极为重要、不可或缺的基础原材料，在航空、航天、通讯、电子等高科技领域发挥着非常重要的作用。由于硅树脂中Si-O键能高，因此被视为新一代介于聚合物和陶瓷之间的耐高温涂层及复合材料领域最有前景的材料。但有机硅树脂在400℃以下发生急剧降解，同时其复合材料结构强度低，无法在600℃甚至更高温度下使用，这已成为公认的国际性难题。该项目历时15年研究，从硅树脂降解动力学、硅树脂键合结构高温转化规律、复合材料界面反应与控制机理研究入手，针对空天髙温结构复合材料等领域对耐高温硅树脂的迫切需求，发现了含硅羟基多形态低聚倍半硅氧烷的同系大尺寸效应彻底改变了硅树脂的两阶段降解机理，从而显著地提高了硅树脂耐热性的新现象，发明了杂化硅树脂的合成新方法，大幅度提高了硅树脂的耐热稳定性，创立了结构功能一体化及梯度过渡防热硅树脂复合材料的制备方法，解决了硅树脂无法作为高温结构复合材料使用的国际难题，实现了工程化应用。发明点如下：发明了硅羟基可控的低碳硅树脂及适于硅树脂的多形态、多羟基低聚倍半硅氧烷制备技术，在国际上首次制备了分子量及其分布可控的低成本有机无机杂化硅树脂，发现了硅树脂降解由二阶降解转变为一阶降解的新规律，明显地提高了硅树脂的热分解活化能，使该类树脂的初始分解温度提高了200℃，解决了硅树脂易发生热氧化降解的难题，达到国际领先水平。发明了含有噁唑环的系列耐高温界面改性剂，解决了硅树脂与增强纤维界面反应控制的难题；发明了纤维/硅树脂溶液预浸料低温连续制造方法和装置及叠层结构复合材料制备技术，形成了硅树脂复合材料的成熟制备体系，突破了硅树脂无法作为高温结构复合材料使用的难题，使复合材料600℃/20min条件下的弯曲强度达到143.5MPa，为硅树脂基复合材料国际最高水平。发明了硅树脂的高氧化态金属氧化物高温转化剂，有效地控制了杂化硅树脂在更高温度向稳定的无机结构转化：发明了聚合物/多孔陶瓷梯度复合材料制备方法，创建了硅树脂基复合材料热防护结构梯度过渡的一体化模式，明显降低了防热构件的背面温度。该项目获授权国家发明专利32项，发表论文176篇，在ISI统计的硅树脂复合材料研究领域发表论文数量居世界第一位，出版专著1部，耐热杂化硅树脂的原创性工作引领了国际上的跟踪研究。项目成果鉴定意见认为“该项目形成了成熟的创新体系，技术达到国际先进水平，部分关键指标达到国际领先水平”，项目获2013年黑龙江省科学技术（发明类）一等奖。该项目整体技术实现了技术成果转化，并取得了显著的经济效益和社会效益。开发的产品已经在中国载人航天、系列卫星等国家重大工程及电子领域取得了成功应用，近三年新增销售额15.3亿元。该项目的成功实施提高了中国桂树脂的自主创新能力和技术水平，推动了中国耐高温树脂基复合材料及相关行业的技术进步。