耐高温透波复合材料树脂基体的最新研究进展

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1、耐高温透波复合材料树脂基体的最新研究进展摘要：本文综述了耐高温透波复合材料树脂基体的最新发展情况，介绍环氧树脂、有机硅树脂、BMI树脂等树脂在耐高温透波复合材料中的应用。树脂基体是决定复合材料性能的重要因素。 关键字：耐高温、透波复合材料、树脂基体1、引言耐高温透波材料是保护航天飞行器在恶劣环境条件下通讯、遥测、制导、引爆等系统能正常工作的一种多功能介质材料，在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等航天飞行器天线电气系统中得到广泛应用。耐高温透波材料通常分为两种：一种为无机材料，如氧化铝、二氧化硅、玻璃陶瓷、氯化硅、氮化硼等；另一种为耐热树脂基纤维复合材料。无机材料在厘米波范围内能满足雷达罩电

2、气性能的要求，使用性能良好。但对于毫米波(波长1—1000mm，频率0.3～300GHz范围的电磁波)则存在较大的缺点，如强度低、罩壁较厚等。因此随着高载荷、高飞行速度战术导弹的发展，多选用耐热树脂基纤维复合材料作透波材料。树脂基纤维复台材料具有优良的电性能，介电常数(g)和介电损耗(tgδ)都很小，而且具有足够的力学强度和适当的弹性模量，是优良的透波复合材料。 透波复合材料是由增强纤维和树脂基体构成的，两者的电性能好才能成型出电性能好的透波材料。通常增强材料的力学性能和介电特性均优于树脂基体，所以复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。因此必须选择具有优良电性能的树脂基体，同时树脂在

3、复合材料中也起胶粘剂的作用，是决定复合材料耐热性的基本成分。本文综述耐高温复合材料用树脂基体的发展现状。2、树脂基体的性能和种类2.1性能要求 耐高温透波材料是高速精确制导航天器的基础，在导弹无线电系统中得到广泛应用，其主要特点是具有突出的耐热性、优异的介电性能(低介电常数和介电损耗)和优良的力学性能。高性能树脂基体是制备耐高温透波材料的关键和基础[1]。然而，已有的高性能树脂均在不同程度上存在不足，工业和科技进步又对透波材料的性能提出了更高的要求，所以高性能树脂基体的研发一直是学术界和工业界的工作热点和重点。2.2树脂基体种类目前实际应用最广泛的还是纤维增强树脂基复合材料。树脂基体主要有

4、传统的环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(UP)、改性酚醛树脂(PF)以及近年来开始研究和应用的氰酸酯树脂(CE)、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型的耐高温树脂。 2.2.1环氧树脂(EP)[2-6] EP树脂自20世纪50年代问世以来，以其优良的粘结性、力学性能和良好的工艺性而成为使用最广泛的树脂之一。但是，普通EP树脂作为耐热透波复合材料基体还存在韧性差、耐热性低、介电常数和损耗角正切大等缺点。因此，必须对普通EP树脂进行改性。主要改性方法有与高性能热固性树脂共聚、热塑性树脂改性、新型环氧树脂的合成及纳米改性等。 氰酸酯(CE)和双马

5、来酰亚胺(BMI)树脂是用于改性环氧树脂的两种主要热固性树脂，均具有优良的耐热性和介电性能。CE改性EP树脂通过醚化反应降低体系极性基团的含量，进而提高固化物的介电性能。此外，CE自身优异的性能以及EP与CE树脂在体系中形成互穿网络结构，使得CE改性EP体系具有比EP树脂固化物更高的湿热性能和抗冲击性能。BMI改性EP一般是以二元胺作为载体。通过二元胺与BMI的扩链反应所得到的中间体与环氧基团实现共聚，形成兼有两者优点的网络结构。赵丽梅等采用该方法对酚醛型EP进行改性。研究结果表明，改性树脂具有良好的力学性能，而热稳定性随着体系中BMI含量的增加而增强。例如，当体系中BMI含量分别为10％

6、和35％时，改性EP体系分解15％的温度由330℃提高到405℃。Leu用双酚A和环氧氯丙烷反应制得短支链环氧树脂SCER，并将三烯丙基异氰酸酯与BMI的反应产物(TB)加入到SCER中，制得的改性EP树脂具有优良的综合性能，且随体系中TB含量的增加而增加。用于改性EP树脂的高性能热塑性树脂主要有聚苯醚(PPO)和聚酰亚胺(PI)。苏民社等采用降低PPO分子量的方法改进了PPO树脂与EP树脂的相容性，制得了PPO／EP复合材料。与EP树脂相比，PPO／EP复合材料的介电常数和损耗角正切分别由4.4和0.025降为3.9和0.008。PI改性EP时，一般采用共混或者用(聚)酰亚胺作为固化剂等

7、两种方法，制得的PI改性EP树脂热性能、机械性能、介电性能都得到了显著的提高。新型EP树脂的合成旨在从根本上获得高性能EP，包括四官能团EP、联苯EP、含磷EP等。许凯采用双萘酚一烯缩水甘油醚和双氰双胺合成了一种分子骨架中含有萘基的EP树脂(ENL)。与传统EP树脂相比，ENL具有很低的介电常数、高的耐热性和耐湿性。采用无机粒子改性是热固性树脂改性的一个重要趋势。朱兴松制备了EP／蒙脱土(MMT)纳米复合体系，研究表明加