一种隔热抗冲刷防热层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种隔热抗冲刷防热层及其制备方法。所述防热层包括内层隔热层和外层抗冲刷防热层；内层隔热层由改性酚醛树脂溶液和纤维预制体经溶胶‑凝胶反应、老化和干燥制得；外层抗冲刷防热层由耐烧蚀树脂溶液和耐烧蚀纤维织物经缠绕成型制得。将内层隔热层和外层抗冲刷防热层套装粘接，得到所述隔热抗冲刷防热层。本发明专利技术在内层隔热层材料的外侧增加耐高温抗冲刷防热材料层，两者配合在一起组成的隔热抗冲刷防热层材料既解决了内层隔热层材料抗冲刷性较弱的弊端，又能显著降低整体材料的重要，提高有效飞行载荷。

A heat-insulating, scour-resisting and heat-resisting layer and its preparation method

The invention relates to a heat insulation, anti-erosion and anti-heat layer and a preparation method thereof. The thermal protection layer comprises an inner layer heat insulation layer and an outer layer scouring resistant heat proof layer; the inner layer heat insulation layer is prepared by sol-gel reaction, aging and drying by modified phenolic resin solution and fiber preform, and the outer anti erosion heat resisting layer is made by winding and forming the ablative resin solution and the ablation resistant fiber fabric. The inner heat insulation layer and the outer anti-erosion and anti-heat layer are bonded together to obtain the heat insulation and anti-erosion and anti-heat layer. The invention adds a heat-resistant, erosion-resistant and heat-resistant material layer on the outer side of the inner heat-insulating layer material. The heat-insulating, erosion-resistant and heat-resistant material composed of the two materials can not only solve the drawback of the weak erosion resistance of the inner heat-insulating layer material, but also significantly reduce the importance of the whole material and improve the effective flight load.

【技术实现步骤摘要】
一种隔热抗冲刷防热层及其制备方法
本专利技术涉及轻质热防护
，尤其涉及一种隔热抗冲刷防热层及其制备方法。
技术介绍
热防护材料是目前被广泛关注的一类复合材料。近年来，临近空间飞行器及长时间飞行武器引起世界各国的广泛关注，该类型飞行器长时间飞行、中低热流密度、中等焓值的服役特征对热防护材料及其结构提出了新的应用环境及要求，包括长时间防热、高效隔热、高承载能力、高可靠性等。外部气动加热严重，在高温和高速气流冲刷的条件下，结构体表面普遍采用一种烧蚀防热复合材料，通过材料在热流作用下发生分解、熔化、蒸发、升华等多种吸热和散热的物理和化学变化，以自身的质量消耗带走大量热能，防止热量传入内部结构，从而达到防热隔热的目的。烧蚀层除了要通过烧蚀剥离带走大量热量以外，剩下的厚度还要用来隔热以保证承载层的温度不超过正常工作温度范围。传统的热防护材料热导率较高，要达到一定的隔热要求，必须增加防热层厚度。但材料密度较高，防热层较厚，不能满足轻量化、低热导率、高隔热等诸多要求。单一热防护层材料难以满足高超声速下抗烧蚀、长时间隔热的双重技术要求，因此热防护系统普遍采用复合结构，外表面为抗烧蚀层、内部为隔热层。PICA材料(酚醛浸渍碳纤维烧蚀复合材料)由酚醛气凝胶和柔性纤维毡或纤维编制体复合而成，宏观形貌和微观形貌结构可控，密度低且强度高，烧蚀隔热性能优异，具有一定的承载能力，具有典型的酚醛气凝胶/纤维复合结构，以其优异的低密度、高效隔热、较好的机械强度和良好的烧蚀性能，近年来，在先进的飞行器、弹箭武器等热防护系统具有广泛的应用前景。但PICA材料抗冲刷性较弱，传统处理方式是采用涂层的方案，其抗冲刷性不尽理想，同时涂层的施工工艺存在环保等原因限制了其应用。其它的关于PICA材料的相关报道则很难见到实质性的关键技术的报道。本专利技术内层以酚醛浸渍碳纤维烧蚀复合材料(PICA)，采用RTM工艺制备耐高温隔热层，外层以高硅氧玻璃纤维、石英玻璃纤维、碳纤维等耐烧蚀纤维复合耐烧蚀树脂材料体系，采用布带斜叠缠绕工艺制备抗高温燃气流冲刷层，增强织物层具有顺气流方向，具有优异的抗冲刷特性，采用复合工艺具有高效、低成本、整体性能好的优点，在大面积热防护上具有良好的推广应用价值。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种隔热抗冲刷防热层及其制备方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：1、一种隔热抗冲刷防热层，所述防热层包括内层隔热层和外层抗冲刷防热层；内层隔热层由改性酚醛树脂溶液和纤维预制体经溶胶-凝胶反应、老化和干燥制得；外层抗冲刷防热层由耐烧蚀树脂溶液和耐烧蚀纤维织物经缠绕成型制得。2、根据技术方案1所述的隔热抗冲刷防热层，所述改性酚醛树脂选自硼改性酚醛树脂、钼改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂中的任一种或多种。3、根据技术方案1所述的隔热抗冲刷防热层，所述纤维预制体为采用聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维、玻璃纤维、多晶莫来石纤维中的任一种或多种纤维加工制得的柔性纤维毡或纤维编制体；优选地，所述纤维预制体的厚度为0.5～200mm，密度为100～700kg/m3。4、根据技术方案2所述的隔热抗冲刷防热层，所述改性酚醛树脂溶液包含改性酚醛树脂、溶剂和固化剂；优选地，所述溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇中的任一种或多种；优选地，所述固化剂选自多聚甲醛、六亚甲基四胺、苯胺、甲醛、三聚氰胺树脂中的任一种或多种；更优选地，所述固化剂和所述改性酚醛树脂的质量比为1：(1～20)。5、根据技术方案1所述的隔热抗冲刷防热层，所述耐烧蚀树脂溶液包含耐烧蚀树脂和稀释用溶剂；优选地，所述耐烧蚀树脂选自酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂中的任一种或多种；和/或优选地，用于织造所述耐烧蚀纤维织物的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维中的任一种或多种；优选地，所述耐烧蚀纤维织物具有平纹结构、缎纹结构、斜纹结构或经编衬纬结构。6、根据技术方案4所述的隔热抗冲刷防热层，所述内层隔热层按照如下方法进行制备：(1)将改性酚醛树脂、固化剂和溶剂混合均匀，配制得到改性酚醛树脂溶液；(2)将纤维预制体放入RTM模具中；(3)合模，然后向模具中注入改性酚醛树脂溶液，利用改性酚醛树脂溶液浸渍纤维预制体；(4)对模具进行加热，使模具内物料发生溶胶-凝胶反应，然后经老化、干燥，得到所述内层隔热层；优选地，在将纤维预制体放入所述模具中之前，将纤维预制体在80～120℃下热处理2～8h；优选地，在15～45℃的温度条件和0.05～2MPa的压力条件下，将改性酚醛树脂溶液注入模具中；优选地，在50～120℃下进行溶胶-凝胶反应；优选地，老化时间为16～96h；优选地，在50～120℃下干燥16～96h。7、根据技术方案5所述的隔热抗冲刷防热层，所述外层抗冲刷防热层按照如下方法进行制备：(1)将耐烧蚀树脂加热成液体，加入稀释用溶剂，得到耐烧蚀树脂溶液；(2)利用所述耐烧蚀树脂溶液浸渍耐烧蚀纤维织物，得到外层预浸布带；(3)将外层预浸布带缠绕至缠绕芯模上，然后进行真空加热加压固化，得到所述外层抗冲刷防热层；优选地，所述外层预浸布带中的树脂含量为30～60％；优选地，所述缠绕采用斜叠缠绕的方式，缠绕厚度为2～10mm，缠绕角度优选为8°～25°；优选地，所述缠绕的速度不超过9r/min，压力为0.1～0.3MPa，温度为50～200℃；优选地，所述固化的条件为：第一阶段：90～100℃保温1～1.5h，第二阶段：120～125℃保温2～3h，第三阶段：150～160℃保温3～4h；固化初始时的真空度控制在0.01～0.04MPa，第一阶段结束后，真空度调整为0.06～0.085MPa，同时加压1～3MPa，第三阶段结束后停止抽真空。8、根据技术方案1所述的隔热抗冲刷防热层，所述内层隔热层的厚度为5～50mm。9、根据技术方案1所述的隔热抗冲刷防热层，所述外层抗冲刷隔热层的厚度为2～10mm。10、一种技术方案1至9任一项所述的隔热抗冲刷防热层的制备方法，将内层隔热层和外层抗冲刷防热层套装粘接，得到所述隔热抗冲刷防热层。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术在内层隔热层材料的外侧增加耐高温抗冲刷防热材料层，两者配合在一起组成的隔热抗冲刷防热层材料既解决了内层隔热层材料抗冲刷性较弱的弊端，又能显著降低整体材料的重要，提高有效飞行载荷。经检测，整体材料的密度可降至1.0g/cm3左右。另外，整体材料兼顾防热和隔热的双重效果，内层热导率可达到0.01-0.06w/m·k，根据热流工况，可设计性强，具有良好的防隔热性能，满足结构功能一体化设计目标。内侧隔热层和外侧抗冲刷防热层可根据舱段形状及特殊要求，可分体成型也可一体成型，工艺过程简单、质量可靠性高，环保措施完善，特别适合于批量生产。附图说明图1是实施例1制备方法的流程示意图；图2是实施例1提供的隔热抗冲刷防热层的结构示意图；图中，1为内层隔热层，2为外层抗冲刷防热层，3为金属舱体。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔热抗冲刷防热层，其特征在于：所述防热层包括内层隔热层和外层抗冲刷防热层；内层隔热层由改性酚醛树脂溶液和纤维预制体经溶胶‑凝胶反应、老化和干燥制得；外层抗冲刷防热层由耐烧蚀树脂溶液和耐烧蚀纤维织物经缠绕成型制得。

【技术特征摘要】
1.一种隔热抗冲刷防热层，其特征在于：所述防热层包括内层隔热层和外层抗冲刷防热层；内层隔热层由改性酚醛树脂溶液和纤维预制体经溶胶-凝胶反应、老化和干燥制得；外层抗冲刷防热层由耐烧蚀树脂溶液和耐烧蚀纤维织物经缠绕成型制得。2.根据权利要求1所述的隔热抗冲刷防热层，其特征在于：所述改性酚醛树脂选自硼改性酚醛树脂、钼改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂中的任一种或多种。3.根据权利要求1所述的隔热抗冲刷防热层，其特征在于：所述纤维预制体为采用聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维、玻璃纤维、多晶莫来石纤维中的任一种或多种纤维加工制得的柔性纤维毡或纤维编制体；优选地，所述纤维预制体的厚度为0.5～200mm，密度为100～700kg/m3。4.根据权利要求2所述的隔热抗冲刷防热层，其特征在于：所述改性酚醛树脂溶液包含改性酚醛树脂、溶剂和固化剂；优选地，所述溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇中的任一种或多种；优选地，所述固化剂选自多聚甲醛、六亚甲基四胺、苯胺、甲醛、三聚氰胺树脂中的任一种或多种；更优选地，所述固化剂和所述改性酚醛树脂的质量比为1：(1～20)。5.根据权利要求1所述的隔热抗冲刷防热层，其特征在于：所述耐烧蚀树脂溶液包含耐烧蚀树脂和稀释用溶剂；优选地，所述耐烧蚀树脂选自酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂中的任一种或多种；和/或优选地，用于织造所述耐烧蚀纤维织物的纤维选自碳纤维、玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维中的任一种或多种；优选地，所述耐烧蚀纤维织物具有平纹结构、缎纹结构、斜纹结构或经编衬纬结构。6.根据权利要求4所述的隔热抗冲刷防热层，其特征在于：所述内层隔热层按照如下方法进行制备：(1)将改性酚醛树脂、固化剂和溶剂混合均匀，配制得到改性酚醛树脂溶液；(2)将纤维预制体放入RTM模具中；(3)合模，然后向模具中注入改性酚醛树脂溶液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝春功，夏雨，许孔力，许学伟，谢永旺，王国勇，
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