一种可瓷化涂层包覆纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种可瓷化涂层包覆纤维及其制备方法和应用，涉及高性能纤维技术领域。本发明专利技术提供的可瓷化涂层包覆纤维，包括短切纤维和包覆在所述短切纤维表面的可瓷化包覆层；所述可瓷化包覆层的制备原料为聚合物陶瓷先驱体。本发明专利技术提供的可瓷化涂层包覆纤维依靠发动机工作过程中的高温环境使可瓷化涂层包覆纤维表面的可瓷化包覆层原位转化为陶瓷结构，形成陶瓷骨架包覆层，强化了纤维对碳化层的固结作用，同时陶瓷骨架包覆层能够有效地反射热量，对绝热层起到保护作用，显著提高绝热层的耐烧蚀性能，能满足新型导弹武器对火箭发动机热防护的要求。热防护的要求。热防护的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种可瓷化涂层包覆纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高性能纤维
，具体涉及一种可瓷化涂层包覆纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固体火箭发动机的内壁长时间工作在3000K以上的高温和5～10MPa的高内压环境，因此在发动机结构设计中必须采取有效的热防护措施。通常采用柔性耐烧蚀材料作为内绝热层。
[0003]由于火箭及导弹飞行中的状态极其复杂，如火箭飞行加速、导弹的急转弯等将造成发动机中局部气流速度过高，引起气流对绝热层的剥蚀作用；而且固体火箭发动机广泛使用高含铝推进剂，使得燃气中含有大量的凝相粒子，粒子对绝热材料的侵蚀作用也很严重。实验表明，35G横向过载情况下离心力方向绝热层的烧蚀率将比一般情况增加近10倍，严重时会导致绝热防护失效，甚至导致发动机烧穿爆炸。因此，新一代战略、战术导弹要求其绝热层具有更高的耐烧蚀性能来应对导弹武器的高突防性和高机动性，提高现有绝热层的耐烧蚀性能成为迫切的需求。
[0004]目前，国内外广泛采用芳纶纤维、二氧化硅和阻燃剂等提高固体火箭发动机柔性绝热材料的耐烧蚀性能。然而，上述材料制备的绝热层不能满足新型导弹武器对火箭发动机热防护的要求。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可瓷化涂层包覆纤维及其制备方法和应用，本专利技术提供的可瓷化涂层包覆纤维能够显著提高柔性绝热材料的耐烧蚀性能。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种可瓷化涂层包覆纤维，包括短切纤维和包覆在所述短切纤维表面的可瓷化包覆层；
[0008]所述可瓷化包覆层的制备原料为聚合物陶瓷先驱体。
[0009]优选的，所述聚合物陶瓷先驱体包括聚碳硅烷、液态超支化聚碳硅烷、聚氮硅烷和笼型聚倍半硅氧烷中的一种或几种。
[0010]优选的，所述可瓷化包覆层的厚度为0.01～10μm。
[0011]优选的，所述短切纤维包括芳纶纤维、碳纤维、碳纳米管、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、聚酰亚胺纤维和聚芳砜纤维；
[0012]所述短切纤维的长度为2～10mm。
[0013]本专利技术提供了上述技术方案所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法，
[0014](i)当以短切纤维为原料时，所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法包括以下步骤：
[0015]将短切纤维进行改性处理，得到改性短切纤维；
[0016]将所述改性短切纤维浸渍到聚合物陶瓷先驱体包覆液中进行包覆，然后依次进行
预固化和固化，得到可瓷化涂层包覆纤维；
[0017](ii)当以连续纤维为原料时，所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法包括以下步骤：
[0018]将连续纤维进行改性处理，得到改性连续纤维；
[0019]将所述改性连续纤维浸渍到聚合物陶瓷先驱体包覆液中进行包覆，然后依次进行预固化、固化和切断，得到可瓷化涂层包覆纤维；
[0020](iii)当以连续纤维为原料时，所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法包括以下步骤：
[0021]将连续纤维进行扩幅处理，得到扩幅纤维；
[0022]将所述扩幅纤维浸渍到聚合物陶瓷先驱体包覆液中进行包覆，然后依次进行预固化、固化和切断，得到可瓷化涂层包覆纤维。
[0023]优选的，所述改性处理包括等离子体处理、超声处理、高能射线辐射处理、偶联剂处理和多巴胺接枝中的一种或几种。
[0024]优选的，所述偶联剂处理采用的偶联剂包括3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3
‑
(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、(3
‑
巯基丙基)三甲氧基硅烷、N
‑
(β一氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲(乙)氧基硅烷和N
‑
β
‑
(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。
[0025]优选的，(i)、(ii)和(iii)中，所述预固化的温度独立地为60～100℃，时间独立地为10～120min。
[0026]优选的，(i)、(ii)和(iii)中，所述固化为程序固化，所述程序包括依次进行的第一固化和第二固化；
[0027]所述第一固化的温度独立地为110～130℃，时间独立地为10～240min；
[0028]所述第二固化的温度独立地为130～170℃，时间独立地为10～240min。
[0029]本专利技术还提供了上述技术方案所述的可瓷化涂层包覆纤维或上述技术方案所述制备方法制备得到的可瓷化涂层包覆纤维在火箭的发动机中的应用。
[0030]本专利技术提供了一种可瓷化涂层包覆纤维，包括短切纤维和包覆在所述短切纤维表面的可瓷化包覆层；所述可瓷化包覆层的制备原料为聚合物陶瓷先驱体。本专利技术提供的可瓷化涂层包覆纤维，依靠发动机工作过程中的高温环境使可瓷化涂层包覆纤维表面的可瓷化包覆层原位转化为陶瓷结构，形成陶瓷骨架包覆层，保留了原有纤维的形貌，强化了纤维对碳化层的固结作用，提高了短切纤维的力学性能。同时，陶瓷骨架包覆层能够有效地反射热量，保护发动机中的绝热层不被烧蚀。如本专利技术实施例结果所示，本专利技术提供的包覆纤维在1200℃下热失重残炭率为53.1～69.6％，远远高于未包覆短切纤维，说明，采用本专利技术提供的方法制备的可瓷化涂层包覆纤维具有优异的耐烧蚀性能，能够满足新型导弹武器对火箭发动机热防护的要求。
[0031]本专利技术提供了上述技术方案所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法，本专利技术提供的制备方法，操作简单，制备条件温和，适宜工业化生产。
附图说明
[0032]图1为实施例1制备的改性短切芳纶纤维和可瓷化涂层包覆纤维的扫描电镜图，其
中(a)为改性短切芳纶纤维，(b)和(c)为可瓷化涂层包覆纤维包覆先驱体的芳纶纤维；
[0033]图2为静态接触角测量示意图；
[0034]图3为聚合物陶瓷先驱体包覆芳纶纤维的模型图；
[0035]图4为聚合物陶瓷先驱体包覆液的浓度对纤维热性能的影响图；
[0036]图5为短切芳纶纤维和实施例1制备的可瓷化涂层包覆纤维经高温热解无机化后的扫描电镜图，其中，(a)为未包覆纤维，(b)为可瓷化涂层包覆纤维。
具体实施方式
[0037]本专利技术提供了一种可瓷化涂层包覆纤维，包括短切纤维和包覆在所述短切纤维表面的可瓷化包覆层；
[0038]所述可瓷化包覆层的制备原料为聚合物陶瓷先驱体。
[0039]在本专利技术中，所述聚合物陶瓷先驱体优选包括聚碳硅烷(PCS)、液态超支化聚碳硅烷(LHPCS)、聚氮硅烷和笼型聚倍半硅氧烷(POSS)中的一种或几种；所述液态超支化聚碳硅烷优选包括烯丙基改性的全氢聚碳硅烷(AHPCS)和/或乙烯基改性全氢聚碳硅烷(VHPCS)；所述笼型聚倍半硅氧烷主要为含官能团的POSS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可瓷化涂层包覆纤维，其特征在于，包括短切纤维和包覆在所述短切纤维表面的可瓷化包覆层；所述可瓷化包覆层的制备原料为聚合物陶瓷先驱体。2.根据权利要求1所述的可瓷化涂层包覆纤维，其特征在于，所述聚合物陶瓷先驱体包括聚碳硅烷、液态超支化聚碳硅烷、聚氮硅烷和笼型聚倍半硅氧烷中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的可瓷化涂层包覆纤维，其特征在于，所述可瓷化包覆层的厚度为0.01～10μm。4.根据权利要求1所述的可瓷化涂层包覆纤维，其特征在于，所述短切纤维包括芳纶纤维、碳纤维、碳纳米管、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、聚酰亚胺纤维和聚芳砜纤维；所述短切纤维的长度为2～10mm。5.权利要求1～4任一项所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法，其特征在于，(i)当以短切纤维为原料时，所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法包括以下步骤：将短切纤维进行改性处理，得到改性短切纤维；将所述改性短切纤维浸渍到聚合物陶瓷先驱体包覆液中进行包覆，然后依次进行预固化和固化，得到可瓷化涂层包覆纤维；(ii)当以连续纤维为原料时，所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法包括以下步骤：将连续纤维进行改性处理，得到改性连续纤维；将所述改性连续纤维浸渍到聚合物陶瓷先驱体包覆液中进行包覆，然后依次进行预固化、固化和切断，得到可瓷化涂层包覆纤维；(iii)当以连续纤维为原料时，所述可瓷化涂层包覆纤维的制备方法包括以下步骤：将连续纤维进行扩幅处理，得到扩幅纤维；将所述扩幅纤维浸渍到聚合物陶瓷先驱体包覆液中进行包覆，然后依次进行预固化、固化和切断，得到可瓷化涂层包覆纤维。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：季铁正，赵晓冉，马旭涛，王文涛，牛帅，马晓燕，侯晓，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：