一种耐高低温抗振动防隔热材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高低温抗振动防隔热材料及其制备方法，首先制备多孔纤维并制成多孔纤维无纺布，蓬松结构便于与橡胶结合，然后，合成全新的橡胶生胶材料，生胶中包含磷元素，有利于最终材料在高温环境中的阻燃性能，如果快速燃烧会降低最终陶瓷/玻璃生成的比例，阻燃性能提高有助于提高最终陶瓷/玻璃的比例，橡胶生胶单体中含有羟基，有利于气相二氧化硅和硼酸与生胶结合，加入二氧化硅和硼酸以提高最终生成陶瓷的比例；同时，气相二氧化硅添加提高橡胶强度；最后将橡胶生胶涂刷到蓬松多孔纤维无纺布上，然后经过高温处理成多孔纤维增强泡沫橡胶复合材料，该复合材料兼具低密度、低温隔热、高温防热和抗振动性能的优异性能。高温防热和抗振动性能的优异性能。高温防热和抗振动性能的优异性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高低温抗振动防隔热材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐高低温抗振动防隔热材料及其制备方法，属于低温隔热材料和高温热防护材料
，也属于纤维材料制备和发泡橡胶材料


技术介绍

[0002]运载火箭从发动机角度划分为固体火箭和液体火箭，因为液体火箭推力更大且具有更好的运行成本而成为目前火箭中的主流。液体火箭一般由动力装置、箭体结构和控制系统等部件组成。液体火箭主要的燃料有：液氢、肼、甲基肼、偏二甲肼、煤油、酒精等；液体氧化剂主要有液氧、四氧化二氮、过氧化氢、硝酸等。在这些燃料/氧化剂组合中，最常用的是液氢/液氧、煤油/液氧、甲烷/液氧、偏二甲肼/液氧等。火箭在发射之前，进行燃料和氧化剂加注过程中，尤其是液氧，液氢等低温液体的加注，必然导致火箭内部温度快速降低，尤其是液氧、液氢等贮箱部件的表面以及靠近贮箱的仪器表面。为了降低周围环境热量向液氢、液氧等低温贮箱传递，也为了保护火箭内部靠近贮箱的仪器别因温度过低而失效。通常，在贮箱和贮箱附近仪器的外表面涂覆低热导率的隔热材料，这类材料一般为发泡聚氨酯，通常隔热材料厚度不低于10mm，密度0.35g/cm3。
[0003]而火箭发动机点火之后，发动机尾焰高于2000℃的高温对火箭内部产生明显的辐射加热作用，个别位置辐射热产生1300℃以上的高温，为了保护火箭内部仪器部件安全运行，通常在仪器隔热材料的外表面再包裹柔性橡胶类防热材料。这类橡胶材料，通常密度在1.4～1.5g/cm3，在室温状态具有非常好的柔韧性，这使得安装操作过程简单，在火箭点火之后尾焰产生的辐射热流使得柔性橡胶防热材料快速转化成多孔陶瓷/玻璃结构，这种多孔陶瓷/玻璃在高温下不但具有非常好的耐温性能，而且因为多孔结构导致自身热导率极低，使得热量向内传递较慢，在有限的飞行时间内，仪器表面温度变化不超过30℃，通常热防护材料厚度不低于4mm。
[0004]此外，火箭在点火起飞的瞬间，从静态到动态，火箭经历猛烈振动，这种振动对箭体内各种材料和结构产生极大的破坏作用。例如：燃料/液氧加注时的低温导致隔热材料和防热材料因温度降低而脆性显著增加，在这种剧烈振动过程中，可能产生自身破裂/碎裂，甚至是失去隔热/防热功能。为了保证两种材料在火箭点火后猛烈振动过程中与仪器间保持良好的结构稳定性，通常，采用耐高温金属丝或耐高温绳索进行捆绑。这些年来航天工作者，一直在寻找一种简单且便捷的新材料，即、一种材料同时解决：低温隔热、高温防热和抗振动性能，这只需要在仪器表面喷涂或包裹一层材料，不但节省了操作工序，且提高了整体防护的可靠性，此外，因为火箭运载成本的限制，这种材料还要具有非常低的相对密度。但是，到目前为止，仍没有满足实际需要的新材料，即，没有找到同时耐低温且耐高温、低密度抗振材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种耐高低温抗振动防隔热材
料，该隔热材料同时兼具低密度、低温隔热、高温防热和抗振动性能的优异性能。
[0006]本专利技术的另外一个目的在于提供一种耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法。
[0007]本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0008]一种耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，包括：
[0009]采用成胶剂将偏硅酸、水溶性二氧化硅、硼酸和硼砂组成的硼硅混合粉体在室温状态下加水制作成胶体，采用所述成胶体制备纤维丝，并由纤维丝制备纤维无纺布，将所述纤维无纺布进行高温处理，得到多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布；
[0010]采用苯基二乙烯基氯硅烷与甲基硼酸反应生成硼硅氧烷，将所述硼硅氧烷与含磷化合物进行加成反应，得到橡胶生胶；
[0011]采用碳酸氢钠过饱和溶液对所述多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布进行处理，使所述多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布表面覆盖碳酸氢钠结晶，且碳酸氢钠结晶占多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布质量的5～15％；
[0012]将所述橡胶生胶、自由基引发剂、气相二氧化硅和硼酸混合均匀形成生胶混合物；将所述生胶混合物涂覆或浸泡所述碳酸氢钠过饱和溶液处理后的多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布，硫化后得到多孔纤维增强泡沫橡胶复合材料。
[0013]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述成胶剂为淀粉和羧甲基壳聚糖按照质量比为10:1～1:1配制而成。
[0014]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述成胶剂中还包括占淀粉和羧甲基壳聚糖总质量5％～10％的碳酸氢钠粉末。
[0015]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述硼硅混合粉体中含硅物质中的硅原子与含硼物质中硼原子摩尔量的比为0.5～2.0:1；所述硼硅混合粉体的平均粒径小于1微米；所述成胶剂与硼硅混合粉体的体积比为0.20～0.35:1。
[0016]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，还包括，采用所述成胶体制备纤维丝并在气流作用下成形后浸泡在水中定型成纤维无纺布。
[0017]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，采用所述成胶体利用纺织机喷出直径3～10μm的纤维丝，并在气流作用下成形后浸泡在75
‑
95℃水中定型成纤维无纺布。
[0018]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述纤维无纺布高温处理包括：在马弗炉中通入惰性气体，以升温速度0.5～1.5℃/min从室温到190～200℃，再以升温速度1.5～2.5℃/min到840～860℃,保温10～30min，自然降温到室温。
[0019]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布厚度为2～3mm，表观密度为0.3～0.6g/cm3。
[0020]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述含磷化合物包括9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物。
[0021]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述苯基二乙烯基氯硅烷与甲基硼酸反应生成硼硅氧烷，反应温度为90～110℃，惰性气体保护下反应5～8h；所述硼硅氧烷与含磷化合物进行加成反应，反应温度为100～120℃，反应时间为4～6h。
[0022]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，所述苯基二乙烯基氯硅烷与甲基硼酸反应生成硼硅氧烷采用氢氧化钠作为催化剂；所述硼硅氧烷与含磷化合物在铂催化下进行加成反应。
[0023]在上述耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法中，采用碳酸氢钠过饱和溶液对所述多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布进行处理，包括：将多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布浸泡在碳酸氢钠过饱和溶液中，然后取出自然风干后，向所述无纺布均匀喷洒碳酸氢钠过饱和溶液后，再次自然风干后，再次喷碳酸氢钠过饱和溶液，
……
，直到碳酸氢钠结晶覆盖整个无纺布表面，且碳酸氢钠结晶占无纺布质量的5～15％。
[0024]在上述耐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，包括：采用成胶剂将偏硅酸、水溶性二氧化硅、硼酸和硼砂组成的硼硅混合粉体在室温状态下加水制作成胶体，采用所述成胶体制备纤维丝，并由纤维丝制备纤维无纺布，将所述纤维无纺布进行高温处理，得到多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布；采用苯基二乙烯基氯硅烷与甲基硼酸反应生成硼硅氧烷，将所述硼硅氧烷与含磷化合物进行加成反应，得到橡胶生胶；采用碳酸氢钠过饱和溶液对所述多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布进行处理，使所述多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布表面覆盖碳酸氢钠结晶，且碳酸氢钠结晶占多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布质量的5～15％；将所述橡胶生胶、自由基引发剂、气相二氧化硅和硼酸混合均匀形成生胶混合物；将所述生胶混合物涂覆或浸泡所述碳酸氢钠过饱和溶液处理后的多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布，硫化后得到多孔纤维增强泡沫橡胶复合材料。2.根据权利要求1所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，所述成胶剂为淀粉和羧甲基壳聚糖按照质量比为10:1～1:1配制而成。3.根据权利要求2所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，所述成胶剂中还包括占淀粉和羧甲基壳聚糖总质量5％～10％的碳酸氢钠粉末。4.根据权利要求1所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，所述硼硅混合粉体中含硅物质中的硅原子与含硼物质中硼原子摩尔量的比为0.5～2.0:1；所述硼硅混合粉体的平均粒径小于1微米；所述成胶剂与硼硅混合粉体的体积比为0.20～0.35:1。5.根据权利要求1所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，还包括，采用所述成胶体制备纤维丝并在气流作用下成形后浸泡在水中定型成纤维无纺布。6.根据权利要求5所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，采用所述成胶体利用纺织机喷出直径3～10μm的纤维丝，并在气流作用下成形后浸泡在75
‑
95℃水中定型成纤维无纺布。7.根据权利要求1所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，所述纤维无纺布高温处理包括：在马弗炉中通入惰性气体，以升温速度0.5～1.5℃/min从室温到190～200℃，再以升温速度1.5～2.5℃/min到840～860℃,保温10～30min，自然降温到室温。8.根据权利要求1所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，所述多孔硼硅酸盐玻璃纤维无纺布厚度为2～3mm，表观密度为0.3～0.6g/cm3。9.根据权利要求1所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，所述含磷化合物包括9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
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磷杂菲
‑
10
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氧化物。10.根据权利要求1所述的耐高低温抗振动防隔热材料的制备方法，其特征在于，所述苯基二乙烯基氯硅烷与甲基硼酸反应生成硼硅氧烷，反应温度为90～110℃，惰性气体保护下反应5～8h；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国辉，何巍，付继伟，张飞霆，陈红波，孙逸轩，潘旭，王筱宇，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：