一种多层热防护材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多层热防护材料及其制备方法，属于高温热防护和结构设计领域。该热防护材料由四层材料组成，由外至内依次为无机纤维毡、玻璃纤维布、热沉层和低导热率层。首先，准备氧化锆纤维毡和玻璃纤维布；将相变蜡溶解在硅橡胶中，采用涂刷工艺，在玻璃纤维布上制作成热沉层；再在玻璃纤维布的热沉层上制作聚硅氧烷或聚硼硅氧烷薄膜作为低导热率层。本发明专利技术的热防护材料具有较高的柔软性和较好的耐热性能，特别是具有较低的密度。本发明专利技术热防护材料与相同尺寸和厚度的传统热防护材料相比，在500kw/m

A multilayer thermal protective material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种多层热防护材料及其制备方法
本专利技术涉及一种新型多层热防护材料及其制备方法。火箭及其相关飞行器在飞行过程中，发动机产生的热量对仪器及设备产生加热作用，本专利技术的热防护材料主要是应用于仪器及设备的防热，属于高温热防护领域，也属于结构设计领域。
技术介绍
热量传递是一种复杂的现象，常把它分成三种基本方式，即热传导、热对流及热辐射，生产和生活中所遇到的热量传递现象往往是这三种基本方式的不同主次的组合。火箭发动机点火飞行过程中，产生的热量通常以辐射的形式向外传播，这导致火箭及其相关飞行器在飞行过程中，热量逐渐累积到一定程度，超过了仪器及设备的许用温度，为此，为了保护仪器及设备需要用材料将热量阻隔在仪器及设备外部，这种材料叫热防护材料。目前，火箭及其相关飞行器的辐射热流最高可达500kw/m2，根据斯忒藩-玻耳兹曼定律，等效温度约为2000℃，这样的辐射高温使得很多热防护材料都无法满足实际需要。通常，热防护材料为泡沫金属或陶瓷材料，这类材料虽然耐温性能很好，但是密度较大，硬度较大在实际应用过程中产生诸多问题，例如，密度大导致火箭及其相关飞行器有效载荷显著降低；硬度大导致安装困难，不易操作。为此，在当前工作中新开发一种新型多层柔性热防护材料，相比于传统单层热防护材料，不但重量变轻、防热性能更好并且更柔软。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了使得火箭及其相关飞行器在飞行过程中发动机产生的热量对仪器及设备不产生破坏作用，开发一种新型多层柔性热防护材料及其制备方法，本专利技术为其他防热材料的开发提供了一种新的思路。新开发的热防护材料具有较高的柔软性和较好的耐热性能，特别是具有较低的密度。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种多层热防护材料，该热防护材料由四层材料组成，由外至内依次为无机纤维毡、玻璃纤维布、热沉层和低导热率层。优选的，所述的无机纤维毡为氧化锆纤维毡，是热防护材料的最外层，氧化锆纤维毡的密度为0.75g/cm3～2.50g/cm3，厚度为0.25mm～1.00mm。优选的，所述的玻璃纤维布的厚度为0.03mm～1.00mm，是热防护材料的次外层；所述的玻璃纤维布可为无碱玻璃纤维布或高硅氧玻璃纤维布，即采用无碱玻璃纤维或高硅氧玻璃纤维制成。优选的，所述的热沉层是热防护材料的次内层，由相变蜡和硅橡胶组成，其中相变蜡的质量含量为5％～35％；所述的热沉层厚度为0.45mm～1.00mm。所述的硅橡胶可以是加成型乙烯基硅橡胶或加成型丙烯基硅橡胶；所述的相变蜡可根据实际需要制备，使之具有不同的相变温度，在本专利技术中相变蜡的相变温度可在20-80℃之间。所述的热沉层可采用涂刷工艺制成，将相变蜡和硅橡胶混合物通过涂刷工艺涂刷在玻璃纤维布上，制成热沉层。优选的，所述的低导热率层是热防护材料的最内层，由聚硅氧烷或聚硼硅氧烷组成，最内层厚度为0.3mm～1.00mm。所述的低导热率层可采用涂刷工艺制成，将聚硅氧烷或聚硼硅氧烷通过涂刷工艺涂刷在玻璃纤维布的热沉层上，制成低导热率层。该多层热防护材料是管状产品时，无机纤维毡与涂刷了热沉层和低导热率层的玻璃纤维布之间不需要缝合或粘接；当该多层热防护材料是片状产品时，无机纤维毡与涂刷了热沉层和低导热率层的玻璃纤维布之间通过纤维绳缝合连接。本专利技术采用无机纤维毡做最外层用于抵抗高温，随后用玻璃纤维布作为低热导层阻隔热量，随后热沉层将热量吸收使得温度上升缓慢，此后是最内层，最内层为低导热率层，使得最终仪器及设备表面的温度很低。本专利技术还提供了上述多层热防护材料的制备方法，采用下述技术流程：第一步：准备(制作或购买)不同密度的氧化锆纤维毡；第二步：准备(制作或购买)不同编织厚度的玻璃纤维布；第三步：将不同含量的相变蜡溶解在硅橡胶中，采用涂刷工艺，在玻璃纤维布上制作成热沉层；第四步：采用涂刷工艺，在玻璃纤维布的热沉层上制作聚硅氧烷或聚硼硅氧烷薄膜作为低导热率层，作为最内层；将氧化锆纤维毡、玻璃纤维布按顺序排列，得到四层结构的热防护材料。一种多层热防护材料的制备方法，包括如下具体工艺步骤：(1)制作或购买不同密度的氧化锆纤维毡，氧化锆纤维毡密度从0.75g/cm3～2.50g/cm3，厚度为0.25mm～1.00mm；(2)制作或购买不同编织厚度的玻璃纤维布，玻璃纤维布厚度为0.03mm～1.00mm；(3)将不同含量的相变蜡溶解在硅橡胶中，涂刷在玻璃纤维布上，制作成热沉层，相变蜡的质量含量为5％～35％，厚度为0.45mm～1.00mm；(4)在玻璃纤维布的热沉层上涂刷聚硅氧烷或聚硼硅氧烷，制作不同厚度的低热导率的聚硅氧烷或聚硼硅氧烷薄膜作为低导热率层，最内层厚度为0.3mm～1.00mm；将氧化锆纤维毡、玻璃纤维布按顺序排好，从外到内依次为氧化锆纤维毡、玻璃纤维布、热沉层和低导热率层。热沉层和低导热率层的制作方法：采用涂刷工艺，刷完一遍或一层后，自然干燥，然后再刷下一遍或层，直到达到所需的厚度；一般刷200遍或层形成薄膜的厚度为2mm。制备得到的多层热防护材料可以是管状或片状产品。如果是管状产品，氧化锆纤维毡与涂刷了热沉层和低导热率层的玻璃纤维布之间不需要缝合或粘接；如果是片状产品，氧化锆纤维毡与涂刷了热沉层和低导热率层的玻璃纤维布之间采用行业用的纤维绳缝合。本专利技术的多层柔性热防护材料中，首先采用氧化锆纤维，这种纤维熔点为2593℃，氧化锆纤维毡具有非常好的耐温性能，同时，氧化锆纤维毡自身热导率很低，火箭及其相关飞行器辐射热量先作用在氧化锆纤维毡表面，氧化锆纤维毡将热量完全隔住，随后，氧化锆纤维毡向内传导热量；随后用玻璃纤维布，因为玻璃纤维布具有非常高的致密性，使得辐射热量的红外线无法直接穿过玻璃纤维布；紧接着是热容很大的相变材料做成热沉层，将通过玻璃纤维后的热量吸收，并且通过相变使得温度缓慢上升；最后用聚硼硅氧烷作为最内层，因为聚硼硅氧烷具有非常好的柔韧性和光洁度，便于与仪器及设备接触。本专利技术的热防护材料具有较高的柔软性和较好的耐热性能，特别是具有较低的密度。本专利技术热防护材料与相同尺寸和厚度的传统热防护材料相比，在500kw/m2下测试50s后，不同厚度的热防护材料背面温升大幅度下降，并且材料减重大约为10％左右。其制备方法简单，工艺方便易行，制得材料的防热效果远好于现有热防护材料。附图说明图1为本专利技术的多层热防护材料的结构示意图。A氧化锆纤维毡B玻璃纤维布C热沉层D低导热率层具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做进一步说明，本专利技术的应用不局限于所举的实施例。如图1所示，为本专利技术多层热防护材料的结构示意，由外到内依次是A氧化锆纤维毡、B玻璃纤维布、C热沉层和D低导热率层。其制备的具体工艺步骤为：第一步：制作不同密度的氧化锆纤维毡，氧化锆纤维毡密度从0.75g/cm3～2.50g/cm3，厚度为0.25mm～1.00mm；第二步：制作不同编织厚度的玻璃纤维布，玻璃纤维布厚度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层热防护材料，其特征在于：该热防护材料由四层材料组成，由外至内依次为无机纤维毡、玻璃纤维布、热沉层和低导热率层。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层热防护材料，其特征在于：该热防护材料由四层材料组成，由外至内依次为无机纤维毡、玻璃纤维布、热沉层和低导热率层。


2.如权利要求1所述的多层热防护材料，其特征在于：所述的无机纤维毡为氧化锆纤维毡，密度为0.75g/cm3～2.50g/cm3。


3.如权利要求1所述的多层热防护材料，其特征在于：所述的玻璃纤维布由无碱玻璃纤维或高硅氧玻璃纤维制备。


4.如权利要求1所述的多层热防护材料，其特征在于：所述的热沉层由相变蜡和硅橡胶组成，其中相变蜡的质量含量为5％～35％。


5.如权利要求4所述的多层热防护材料，其特征在于：所述的硅橡胶为加成型乙烯基硅橡胶或加成型丙烯基硅橡胶；所述的相变蜡的相变温度在20-80℃之间。


6.如权利要求1所述的多层热防护材料，其特征在于：所述的低导热率层由聚硅氧烷或聚硼硅氧烷组成。


7.如权利要求1所述的多层热防护材料，其特征在于：所述的氧化锆纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，高瑞杰，王树志，金宝杰，张淳，徐磊磊，李红霞，赵丽娟，
申请(专利权)人：北京航天爱锐科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11