[發(fā)明專利]一種耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310053314.3
• 申請日: 2013-02-19
• 公開（公告）號: CN103101262A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹峰;馮堅;張長瑞;姜勇剛;馮軍宗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B32B27/04
• 分類號: B32B27/04;B32B27/06;B32B33/00;B32B37/15
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 寧星耀;舒欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高速飛行器在大氣中高速長時間飛行，其機身外部溫度超過200℃，部分達到400℃。為防止高溫對內(nèi)部設(shè)備的損害，必須采用高效隔熱材料制造。

傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫等隔熱材料在常溫下具有很好的隔熱效果，但耐溫性一般低于200℃，難以達到耐溫要求。

美國航天飛機使用陶瓷隔熱瓦發(fā)揮了重要作用，但具固有的低韌性(一般為1-5MPa×m1/2)、低強度(一般小于5MPa)、熱導(dǎo)率偏高（一般大于0.06W/m×k）以及單件面積小（一般為200×200mm）等問題，未能很好適應(yīng)高速飛行器大面積隔熱的高可靠和高效率的需求，并且價格非常昂貴。陶瓷隔熱瓦的低韌性使生產(chǎn)、運輸、安裝及飛行過程中，容易產(chǎn)生脆性破壞，存在較大安全隱患；低強度也是陶瓷隔熱瓦發(fā)生破壞的重要因素之一；脆性加低強度，容易導(dǎo)致剛性陶瓷瓦與粘接基體之間產(chǎn)生應(yīng)力破壞，這是剛性陶瓷瓦單件面積較小的重要因素；小的單件面積又使安裝的難度加大，并留下眾多難以處理的縫隙；剛性陶瓷瓦的熱導(dǎo)率較大，勢必增大陶瓷瓦厚度，降低飛行器有效容積和有效載荷。

近幾年發(fā)展起來的氣凝膠復(fù)合材料具有很好的隔熱效果，耐溫大于400℃，但該材料的強度不高，不耐沖刷，因此，不能直接用于外部防隔熱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種耐高溫，隔熱效果好，同時強度和韌性也得到大幅度提高的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明之耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，由上表面層、芯層、下表面層構(gòu)成，所述芯層為耐高溫纖維增強氣凝膠復(fù)合材料，所述上表面層、下表面層均為耐高溫纖維增強耐高溫樹脂復(fù)合材料；所述芯層的厚度為3-200mm（優(yōu)選5-100mm，更優(yōu)選10-50mm），所述上表面層、下表面層的厚度分別為0.1-5.0mm（優(yōu)選0.5-2.0mm）。

進一步，所述耐高溫纖維增強氣凝膠復(fù)合材料由碳纖維、石英纖維、氧化鋁纖維、玄武巖短纖維、莫來石纖維或碳化硅纖維等耐高溫纖維與二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、或二氧化硅和氧化鋁二元氣凝膠，或碳氣凝膠等氣凝膠組成。

進一步，所述耐高溫纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的密度為0.2-0.9g/cm³，熱導(dǎo)率≤0.2W/m×K。

進一步，所述耐高溫纖維增強耐高溫樹脂復(fù)合材料由碳纖維、石英纖維、氧化鋁纖維、莫來石纖維或碳化硅纖維等耐高溫纖維與聚酰亞胺、聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚苯并咪唑或聚苯并惡唑等耐高溫樹脂組成。

本發(fā)明之耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）選用耐高溫纖維增強氣凝膠復(fù)合材料為芯層材料，芯層材料的厚度為3-200mm；?

（2）在芯層上、下表面平鋪耐高溫纖維布或薄層立體織物，然后進行針刺、穿刺或縫合處理，以使耐高溫纖維布或薄層立體織物與芯層相結(jié)合，所述耐高溫纖維布或薄層立體織物的厚度0.1-5.0mm；

（3）在所得織物的上、下表面分別噴涂耐高溫樹脂，至所噴液體所占體積分數(shù)≥空隙部分的40%，在室溫下晾置1-3小時，然后用模具夾緊，置于30-400℃下使其固化；或者采用樹脂傳遞模塑工藝成型面板層；

（4）冷卻至室溫，脫模，即成。

進一步，步驟（1）中，所用耐高溫纖維增強氣凝膠復(fù)合材料由碳纖維、石英纖維、氧化鋁纖維、玄武巖短纖維、莫來石纖維或碳化硅纖維等耐高溫纖維與二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、或二氧化硅和氧化鋁二元氣凝膠，或碳氣凝膠等氣凝膠采用超臨界干燥的方法制成。

進一步，步驟（1）中，所述耐高溫纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的密度為0.2-0.9g/cm³，熱導(dǎo)率≤0.2W/m×K。

進一步，步驟（2）中，所述耐高溫纖維可為碳纖維、石英纖維、氧化鋁纖維、莫來石纖維或碳化硅纖維等；針刺、穿刺或縫合處理采用石英纖維或碳纖維等，針刺、穿刺或縫合間距為2-40mm。

進一步，步驟（3）中，所述耐高溫樹脂可為聚酰亞胺、聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚苯并咪唑或聚苯并惡唑等。

本發(fā)明之耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，芯層為耐高溫纖維增強氣凝膠復(fù)合材料，上表面層、下表面層均為耐高溫纖維增強耐高溫樹脂復(fù)合材料，其耐高溫性能好，熱導(dǎo)率低，隔熱效果好，同時強度和韌性也得到大幅度提高，成型工藝難度顯著降低，能更好的適用于航空航天等領(lǐng)域。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。