一种耐高温抗辐射隔热构件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐高温抗辐射隔热构件及其制备方法和应用。所述隔热构件包括：由纤维增强基体和气凝胶材料形成的芯层；(2)位于所述芯层两侧的抗辐射层；包覆所述抗辐射层的纤维布。所述方法包括：利用溶胶前驱体浸渍纤维增强基体并干燥制得芯层；在芯层两侧分别铺覆抗辐射层形成夹心结构；使用纤维布包覆夹心结构；将经包覆的夹心结构一体缝合从而得到隔热构件。本发明专利技术还提供了所述隔热构件在缺氧环境例如在二氧化碳环境和/或氮气环境中的应用。本发明专利技术的隔热构件可在少氧或者无氧环境中例如在二氧化碳气氛和/或氮气环境中使用，既能保证隔热性能，还能具备优异的高温抗辐射性能和防止多余物的产生等性能。

A heat-resistant, radiation-resistant and heat-insulating component and its preparation method

The invention provides a high temperature resistant and radiation resistant heat insulation component, a preparation method and application thereof. The heat insulation member comprises: a core layer formed by a fiber reinforced matrix and aerogel material; (2) an anti radiation layer positioned on both sides of the core layer; and a fiber cloth coated with the radiation resistant layer. The method includes: using sol precursor to impregnate fibre reinforced matrix and dry to make core layer; laying anti-radiation layer on both sides of core layer to form sandwich structure; using fibre cloth to coat sandwich structure; and stitching the sandwich structure to obtain heat insulation component. The invention also provides the application of the heat insulation member in anoxic environment such as carbon dioxide environment and/or nitrogen environment. The heat insulating component of the invention can be used in hypoxic or anaerobic environments, such as carbon dioxide atmosphere and/or nitrogen atmosphere. It can not only ensure heat insulation performance, but also have excellent high temperature radiation resistance and prevent the generation of surplus materials.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温抗辐射隔热构件及其制备方法
本专利技术涉及一种耐高温辐射隔热构件及其制备方法，属于热防护

技术介绍
深空探测领域涉及到月球、火星探测器、小行星探测，其中针对火星环境，主要为CO2气氛，且在火星车着陆的过程中，为了保证其他电子元器件的正常工作，发动机点火时需要增加高温隔热装置，因此，需要兼具能够耐受1200℃，具备优异隔热性能、抗辐射且无多余物产生的综合性能隔热构件。气凝胶材料是一种新型低密度纳米多孔材料，是目前隔热性能最好的固体材料，气凝胶由纳米颗粒相互聚积形成，具有三维网络纳米多孔结构，可以显著地降低材料的固体导热、对流传热和辐射传热，而气凝胶对2～10μm的近红外波长几乎透明，而高温下，辐射传热的作用十分明显，若不加任何抗红外遮光剂，气凝胶的高温隔热效果降低，此外，气凝胶材料本身存在掉粉的现象，容易产生多余物，因此，在飞行或振动条件下会造成气凝胶粉尘掉落，影响仪器设备的使用，针对上述情况，提出了一种既能防止多余物产生，同时起到的高温抗辐射作用的构件的制备方法。CN201611041260.9公开了一种不掉粉气凝胶复合材料，其特征在于：由气凝胶纤维复合毡与柔性涂层构成，所述的柔性涂层附着在气凝胶纤维复合毡上，所述柔性涂层的厚度为0.01mm-0.5mm，且柔性涂层对气凝胶纤维复合毡的导热系数提高≤10％。但是该复合材料通过化学方法防止掉粉，不能耐受1200℃以上的高温，无法在缺氧环境例如在二氧化碳环境和/或氮气环境下使用，且未包括合适的抗辐射层，无法实现优异的隔热效果，无法在高振动条件下保证无多余物的产生。
技术实现思路
为了克服现有技术不足，本专利技术提供了一种可在缺氧环境例如在二氧化碳环境和/或氮气环境下使用，既能防止气凝胶多余物且能起到高温抗辐射作用的隔热构件及其制备方法。本专利技术第一方面提供了一种耐高温抗辐射隔热构件，所述隔热构件包括：(1)芯层，所述芯层由纤维增强基体和气凝胶材料形成；(2)位于所述芯层两侧的第一抗辐射层和第二抗辐射层；和(3)包覆所述抗辐射层的纤维布。本专利技术第二方面提供了一种制备本专利技术第一方面所述的隔热构件，所述方法包括如下步骤：(1)利用溶胶前驱体浸渍纤维增强基体，并经过干燥，制得芯层；(2)在所述芯层两侧分别铺覆第一抗辐射层和第二抗辐射层，形成夹心结构；(3)使用纤维布包覆所述夹心结构；(4)利用缝合线将经包覆的所述夹心结构进行一体缝合，从而得到所述隔热构件。本专利技术第三方面还提供了由本专利技术第二方面所述方法制得的隔热构件。本专利技术第四方面提供了本专利技术第一方面或本专利技术第三方面所述的隔热构件或者由本专利技术第二方面所述方法制得的隔热构件在缺氧环境例如在二氧化碳环境和/或氮气环境用于隔热的应用。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：(1)本专利技术制备的耐高温抗辐射隔热构件能够满足缺氧环境例如在二氧化碳环境和/或氮气环境下的使用需求，制备出能够满足高温1200℃条件下，工作时间≥2500s；且密度可以在在0.25g/cm3～0.4g/cm3的范围内可调；满足耐高温隔热性能稳定的要求，可以作为高马赫数发动机的热防护需求。(2)由本专利技术制备的耐高温抗辐射隔热构件具有良好的抗辐射性能，室温到1200℃的条件下，发射率为0.6～0.85，二氧化碳气氛下的1400Pa室温导热系数小于0.022W/(m.K)。(3)本专利技术可用于制备多种型号规格的异型构件，例如具有L型、S型、V型、弧型等异型面的构件。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的具体实施方式，对本专利技术的技术方案进行更清楚、更完整地描述。显然，所描述的实施方式是本专利技术的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术第一方面提供了一种耐高温抗辐射隔热构件，所述隔热构件包括：(1)芯层，所述芯层由纤维增强基体和气凝胶材料形成；(2)位于所述芯层两侧的第一抗辐射层和第二抗辐射层；和(3)包覆所述抗辐射层的纤维布。在一些实施方式中，所述的纤维增强基体采用选自由石英纤维、氧化铝纤维和莫来石纤维组成的组的纤维制成；更优选的是，所述纤维增强基体采用选自由莫来石纤维和氧化铝纤维组成的组的纤维制成；另外优选的是，所述纤维增强基体的密度为0.1g/cm3至0.14g/cm3；本专利技术对气凝胶的材料没有特别限制，只要该材料能够目标环境中使用即可。在一些实施方式中，所述气凝胶可以由溶胶-凝胶前驱体例如Si-Al溶胶-凝胶前驱体制得，前驱体溶胶的浓度例如可以为15质量％至25质量％例如20质量％。在另外一些优选的实施方式中，所述气凝胶的密度为0.3g/cm3至0.38g/cm3。石墨具有良好的导热材料，而且在有氧环境中使用在高温下容易氧化，因此几乎没有在隔热材料中使用。但是，本专利技术人发现，在缺氧环境例如在二氧化碳环境和/或氮气环境下，石墨纸尤其是超薄石墨纸是良好的抗辐射层；能起到防止多余物的作用；能够耐受高达1600℃的高温；作为石墨纸使用时，还能够防止掉粉，尤其是在与外层包覆的纤维布组合使用的情况下；通过调整石墨纸的厚度，从而调整产品的尺寸精度及耐温性，实现材料的整体防热、隔热效果。于是，在一些特别优选的实施方式中，所述抗辐射层为石墨纸。在另外一些实施方式中，所述第一抗辐射层和第二抗辐射层是彼此相互不接触的，尤其是在使用例如石墨纸等导热性能良好的材料作为抗辐射层的情况下，将所述第一抗辐射层和第二抗辐射层设置成彼此相互不接触的，从而防止它们在芯层两侧发生热传导。在制备抗辐射层时，为了防止抗辐射层的高导热作用，又要利用其所具备的抗辐射性能，可以按照芯层的尺寸将抗辐射层裁剪成两个具有单面尺寸的抗辐射层，即第一抗辐射层和第二抗辐射层，然后将它们分别铺覆在芯层的两侧上。在另外一些实施方式中，所述纤维布为选自由氧化铝布、石英布和莫来石布组成的组。在另外一些实施方式中，所述隔热构件具有如下性能中的至少一种性能：(1)能够在25℃至1200℃的温度范围内在CO2环境气氛下使用；(2)能够耐受1200℃以上的高温，例如能够耐受1200℃至1600℃的高温；(3)在CO2环境气氛中在300℃的导热系数≤0.026W(m·K)；(4)密度小于0.4g/cm3；和(5)厚度为12mm的隔热性能考核300s，温升小于80℃，例如小于70℃或60℃；(6)真空质损小于0.1％；(7)可凝挥发物小于0.01％；和(8)在室温至1200℃的温度条件下，发射率为0.60～0.85。本专利技术对所述隔热构件的形状没有特别的限制，但是在一些优选的实施方式中，所述隔热构件具有选自由L型、S型、V型、弧型和异型面构件组成的组的型面。在另外一些实施方式中，所述隔热构件采用缝合线进行整体缝合。可以在使用耐高温的纤维布将具有抗辐射层/气凝胶层/抗辐射层的夹层结构进行包覆之后，采用耐高温缝合线按照预定间距进行缝合，以保证整体的一致性，从而得到耐高温抗辐射隔热构件。优选的是，所述缝合线为莫来石纤维缝合线；更优选的是，缝合间距为15mm至30mm例如20mm，缝合孔的孔径为1.0mm至1.5mm例如为1.25mm。在一些优选的实施方式中，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温抗辐射隔热构件，其特征在于，所述隔热构件包括：(1)芯层，所述芯层由纤维增强基体和气凝胶材料形成；(2)位于所述芯层两侧的第一抗辐射层和第二抗辐射层；和(3)包覆所述抗辐射层的纤维布。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温抗辐射隔热构件，其特征在于，所述隔热构件包括：(1)芯层，所述芯层由纤维增强基体和气凝胶材料形成；(2)位于所述芯层两侧的第一抗辐射层和第二抗辐射层；和(3)包覆所述抗辐射层的纤维布。2.根据权利要求1所述的隔热构件，其特征在于：所述的纤维增强基体采用选自由石英纤维、氧化铝纤维和莫来石纤维组成的组的纤维制成；更优选的是，所述纤维增强基体采用选自由莫来石纤维和氧化铝纤维组成的组的纤维制成；另外优选的是，所述纤维增强基体的密度为0.1g/cm3至0.14g/cm3；所述气凝胶由Si-Al溶胶前驱体制得，更优选的是，所述气凝胶的密度为0.3g/cm3至0.4g/cm3；所述抗辐射层为石墨纸；优选的是，所述抗辐射层的厚度为0.05mm至2.00mm；和/或所述纤维布为选自由氧化铝布、石英布和莫来石布组成的组；优选的是，所述纤维布的厚度为0.1mm至0.3mm。3.根据权利要求1或2所述的隔热构件，其特征在于，所述隔热构件具有如下性能中的至少一种性能：(1)能够在25℃至1200℃的温度范围内在CO2环境气氛下使用；(2)能够耐受1200℃以上的高温，例如能够耐受1200℃至1600℃的高温；(3)在CO2环境气氛中在300℃的导热系数≤0.026W(m·K)；(4)密度小于0.4g/cm3；和(5)厚度为12mm的隔热性能考核300s，温升小于80℃；(6)真空质损小于0.1％；和(7)可凝挥发物小于0.01％；和(8)在室温至1200℃的温度条件下，发射率为0.60～0.85。4.根据权利要求1至3中任一项所述的耐高温抗辐射隔热构件，其特征在于：所述第一抗辐射层和第二抗辐射层是彼此相互不接触的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的隔热构件，其特征在于：所述隔热构件的厚度为10mm至30mm；和/或所述隔热构件具有选自由L型、S型、V型、弧型和异型面构件组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娟，李文静，李健，孙阔，赵英民，简文政，
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