一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，包括：(1)将第一增强体与至少一个第二增强体相层叠并缝合连接，缝合针距为10×10‑50×50mm，第一增强体的密度为0.05‑0.60g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，还涉及一种采用所述制备方法制得的表面抗冲刷柔性隔热复合材料。
技术介绍
高音速飞行器在大气层或空天往返途中热防护系统表面与空气气动摩擦产生高温和气动压力等，目前可以承受的热防护材料为刚性隔热瓦和烧蚀材料。烧蚀材料是目前再入飞行器广泛使用的一种防热方法，主要利用烧蚀材料裂解吸热和气体扩散带走热量，达到防热目的，但存在密度高，隔热性能差和线性烧蚀十分明显等缺点。刚性陶瓷瓦是美国航天飞机大面积热防护主要方案，由耐高温陶瓷纤维高温烧结而成，具有较高的技术成熟度。然而，该类型材料存在脆性大、变形能力差、装配复杂，周期长，维护成本高等缺点，难以满足未来高音速飞行器的热防护需求。针对飞行器气动环境相对较低的部分，波音公司研制出一种新型柔性隔热材料—共形可重复使用隔热材料(Comformalreusableinsulation，CRI)，由耐高温纤维织物浸渍陶瓷涂层形成的上面板、具有一定刚性的纤维棉胎隔热材料、纤维织物下面板构成，其表面陶瓷涂层可有效提高原有材料的抗冲刷性及耐温性，使用温度可达1204℃。波音公司已制出具有不同抗冲刷表面、缝合方式、纤维棉胎的CRI材料，并对其性能开展了相关测试研究，相关材料已在X-37A、X-37B的迎风面上得到成功应用。其基本制备流程为：选用Nextel440等耐高温纤维织物作为上面板增强材料，E-玻璃等耐温较低的纤维织物为下面板材料；氧化铝、氧化硅、氧化硼等陶瓷纤维制成的具有一定刚性的纤维棉胎为隔热材料，其硬度以ShoreDurometertypeOOO表示，最低值为90；将上下面板与隔热材料缝合，Nextel440纤维为面线，S-glass纤维为底线，缝合方式与航天飞机AFRSI类似，缝合间距为2.54cm见方；隔热材料的刚性可避免缝合过程中出现凹陷情况，保证缝合后材料表面的厚度均一性；上面板织物及与隔热材料的界面层浸渍氧化硅、氧化铝、磷酸镧等陶瓷浆料，利用模具定型，固化、高温处理后形成在表面形成陶瓷涂层，并高温除去有机物等杂质，制备得到CRI，其表面光滑度为±0.38mm，厚度波动为±0.760mm；然而，如果中间层隔热材料未经过预处理，浸渍浆料容易渗入隔热材料内部，不仅增大构件的密度，隔热性能也会受到严重影响，需要制定严格的工艺控制才能实现结构性能可控。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，以实现优化表面抗冲刷柔性隔热复合材料隔热性能的目的；本专利技术的第二目的在于提供一种采用所述制备方法制得的表面抗冲刷柔性隔热复合材料。为实现第一目的，本专利技术采用如下技术方案：一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，包括：(1)将第一增强体与至少一个第二增强体相层叠并缝合连接，缝合针距为10×10-50×50mm，第一增强体的密度为0.05-0.60g/cm3，第二增强体的密度为1.0-1.6g/cm3，得到预制体；(2)预制体上至少部分经用于致密化处理的浸渍物浸渍后进行干燥，得到隔热复合材料。为制得表面抗冲刷柔性隔热复合材料，本专利技术采用了至少两个密度不同的增强体，密度大的增强体用于制得表面抗冲刷层，密度小的增强体用于制得隔热层，实验发现，当采用密度分别为0.05-0.60g/cm3和1.0-1.6g/cm3的两个增强体时，制得的预制体结构更加可靠，且对一增强体进行致密化处理时浸渍物不易浸入至另一增强体上。致密化处理时，由于密度差异及浸渍差异的存在，因此两个增强体受到的作用力不同，二者之间发生相对位移，本专利技术通过控制缝合针距为10×10-50×50mm，使两个增强体在可靠连接的基础上，相互之间还存在可移动的空间，以具有应变能力，避免了连接结构出现损坏，从而保证了表面抗冲刷柔性隔热复合材料结构的可靠性，优化了材料性能。步骤(1)中，第一增强体和第二增强体缝合用纤维的线密度为190-1200tex，捻度为0-220捻/10cm。当缝合用纤维的线密度为190-1200tex时，浸渍物更易进入供缝合用纤维穿过的孔内并复合，同时不会破坏第一增强体和第二增强体的结构，从而优化了气凝胶隔热复合材料性能。步骤(1)中，第一增强体和第二增强体缝合用纤维为亲水纤维，包括石英纤维、氧化铝纤维。当缝合用纤维为亲水纤维时，其上也能复合浸渍物，从而优化了气凝胶隔热复合材料性能。步骤(1)中，第一增强体的密度为0.20-0.60g/cm3，厚度为3-110mm，优选厚度为5-25mm，第二增强体的密度为1.2-1.6g/cm3。步骤(1)中，第一增强体为纤维制品，纤维制品的原料包括高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维；第二增强体为纤维制品，纤维制品的原料包括石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维，纤维制品的结构形式为2.5d、斜纹或缎纹。步骤(1)中，先对第一增强体进行疏水处理，再将第一增强体与第二增强体相连接，步骤(2)中，预制体上至少包括第二增强体的部分经浸渍物浸渍；疏水处理所用的疏水剂包括甲基三甲氧基硅烷、甲基有机硅树脂、乙基有机硅树脂、苯基有机硅树脂。步骤(2)中，浸渍物包括陶瓷基前躯体，陶瓷基前驱体包括氧化铝溶胶、氧化硅溶胶、莫来石溶胶、氧化锆溶胶、碳化硅溶胶中的一种或几种的组合；浸渍方式包括真空浸渍、涂刷或喷刷。步骤(2)中，干燥后，在600～1000℃条件下处理0.5～5h。步骤(1)中，将第一增强体与分别设于第一增强体相对设置的两侧的两个第二增强体相层叠并经同一纤维缝合连接；设于第一增强体一侧的第二增强体厚度为0.1-5mm，优选厚度为0.5-2mm；设于第一增强体相对设置的另一侧的第二增强体厚度为0.1-5mm，优选厚度为0.2-0.5mm。第一增强体和第二增强体不仅包括纤维制品，还包括经过至少一次致密化处理的纤维制品，如复合有气凝胶的纤维制品。具体地，所述表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备过程如下：第一步、制备上述预制体首先对耐高温纤维通过湿法或干法或针刺方式制备耐高温纤维预制体(对应上述第一增强体)。然后，采用疏水有机物进行疏水处理。所述的疏水处理的作用，可以阻止下一步骤中亲水性面板陶瓷基前驱体(对应上述浸渍物)浸渍低密度耐高温纤维毡。所述疏水有机物为甲基三甲氧基硅烷或甲基、乙基、苯基等有机试剂，硅树脂、聚苯乙烯等疏水型树脂。将上层织物(对应上述第二增强体)、下层织物(对应上述第二增强体)分别平铺与中间隔热毡(即上述耐高温纤维预制体)的上下表面，然后采用缝合形成三明治结构，得到上述预制体。缝合间距为10×10mm至50×50mm之间，缝合线为石英纤维、氧化铝纤维等，190tex至1200tex之间，捻度0-220tex之间，经过亲水预处理(通过丙酮或550℃处理，去除亲润剂即可)。这里可以分为两个方法：纤维预制体通过整体式针刺成型(不用缝合)。首先制备疏水型中间预制体，然后将上下层面板织物平铺叠加，然后进行针刺，针刺密度为2-30针之间。第二步、制备上述表面抗冲刷柔性隔热复合材料将亲水性陶瓷基前驱体通过真空浸渍、涂刷或喷刷工艺，反复浸渍上下层面板织物。所述的亲水性陶瓷前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将第一增强体与至少一个第二增强体相层叠并缝合连接，缝合针距为10×10‑50×50mm，第一增强体的密度为0.05‑0.60g/cm3，第二增强体的密度为1.0‑1.6g/cm3，得到预制体；(2)预制体上至少部分经用于致密化处理的浸渍物浸渍后进行干燥，得到隔热复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将第一增强体与至少一个第二增强体相层叠并缝合连接，缝合针距为10×10-50×50mm，第一增强体的密度为0.05-0.60g/cm3，第二增强体的密度为1.0-1.6g/cm3，得到预制体；(2)预制体上至少部分经用于致密化处理的浸渍物浸渍后进行干燥，得到隔热复合材料。2.根据权利要求1所述的一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第一增强体和第二增强体缝合用纤维的线密度为190-1200tex，捻度为0-220捻/10cm。3.根据权利要求1所述的一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第一增强体和第二增强体缝合用纤维为亲水纤维，包括石英纤维、氧化铝纤维。4.根据权利要求1所述的一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第一增强体的密度为0.20-0.60g/cm3，厚度为3-110mm，优选厚度为5-25mm；第二增强体的密度为1.2-1.6g/cm3。5.根据权利要求1所述的一种表面抗冲刷柔性隔热复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第一增强体为纤维制品，纤维制品的原料包括高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维；第二增强体为纤维制品，纤维制品的原料包括石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、高硅氧纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏力军，裴雨辰，李文静，张丽鹃，宋寒，杨洁颖，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11