[發明專利]一種碳基輕質熱防護材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710676857.9
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107337474B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 魯勝;劉圓圓;李文靜;劉斌;趙英民
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: C04B41/89
• 分類號: C04B41/89;C04B35/83;C04B35/622;C08G8/08
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝;周嬌嬌

1.一種碳基輕質熱防護材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)碳纖維剛性隔熱瓦基體的制備：

將短切碳纖維、酚醛樹脂預聚物和丙酮混合并攪拌均勻，過濾，將濾餅置于模具中成型得到坯體，將所述坯體依次經梯度升溫烘干固化、高溫裂解和熱處理，制得碳纖維剛性隔熱瓦基體；所述攪拌的時間為1～2小時；所述高溫裂解的溫度為800℃～1000℃，高溫裂解的時間為2～3小時；所述熱處理的溫度為1700℃～1900℃，熱處理的時間為30～60分鐘；所述短切碳纖維的直徑為14～16微米，長度為1～2毫米；所述短切碳纖維、酚醛樹脂預聚物和丙酮的質量比為(100～120)：(10～15)：(20000～25000)；

(2)硼酚醛樹脂致密層組合物前驅體的制備：將硼酚醛樹脂預聚物、高發射率填料和分散劑混合均勻，得到硼酚醛樹脂致密層組合物前驅體；

(3)將步驟(2)制得的硼酚醛樹脂致密層組合物前驅體涂覆在步驟(1)制得的碳纖維剛性隔熱瓦基體的高溫面，經梯度升溫烘干固化，制得高溫面復合硼酚醛樹脂致密層組合物的碳纖維剛性隔熱瓦基體；

(4)酚醛氣凝膠前驅體的制備：以酚類物質和醛類物質水溶液為原料、弱堿性試劑為催化劑以及水為分散劑制得酚醛氣凝膠前驅體；

(5)使用步驟(4)制得的酚醛氣凝膠前驅體浸漬步驟(3)制得的高溫面復合硼酚醛樹脂致密層組合物的碳纖維剛性隔熱瓦基體，然后靜置使酚醛氣凝膠前驅體交聯并膠凝，再依次經過老化、溶劑置換和干燥，制得碳基輕質熱防護材料；所述碳基輕質熱防護材料包括碳纖維剛性隔熱瓦基體、酚醛氣凝膠和硼酚醛樹脂致密層組合物；所述酚醛氣凝膠復合在所述碳纖維剛性隔熱瓦基體的低溫面和內部；所述硼酚醛樹脂致密層組合物復合在所述碳纖維剛性隔熱瓦基體的高溫面；

步驟(1)和/或步驟(3)中的梯度升溫烘干固化的程序為：先升溫至120℃～130℃保溫2～2.5小時，然后升溫至140℃～150℃保溫2～2.5小時，再升溫至160℃～170℃保溫2～2.5小時，最后升溫至180℃～190℃保溫2～2.5小時。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中：

所述分散劑為乙醇；

所述高發射率填料選自由玻璃粉、四硼化硅、六硼化硅、碳化硼、碳化鋯、碳化硅、碳化鉿、二硅化鉬和二硅化鉭組成的組；和/或

所述硼酚醛樹脂預聚物、高發射率填料和分散劑的質量比為(100～120)：(9～16)：(200～300)。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：

所述高發射率填料選自由硼硅玻璃粉、碳化硼、四硼化硅、六硼化硅和二硅化鉬組成的組。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：

所述高發射率填料由硼硅玻璃粉、碳化硼、四硼化硅和二硅化鉬組成或者由硼硅玻璃粉、碳化硼、六硼化硅和二硅化鉬組成，并且以質量計硼硅玻璃粉：碳化硼：四硼化硅或六硼化硅：二硅化鉬為(5～8)：(1～2)：(1～2)：(2～4)。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(4)中：

酚類物質、醛類物質水溶液、弱堿性試劑和分散劑的質量比為(55～60)：(90～100)：(1～2)：(850～950)；

所述醛類物質水溶液的濃度為37～40wt％；

所述弱堿性試劑為碳酸鈉；

所述酚類物質選自由苯酚、間苯二酚、間苯三酚、甲酚、二甲酚、混甲酚和壬基酚組成的組；和/或

所述醛類物質選自由甲醛、多聚甲醛、糠醛和乙醛組成的組。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟(5)中：

浸漬采用真空浸漬；

靜置的時間為18～30小時；

老化的溫度為70℃～90℃，老化的時間為60～80小時；

溶劑置換在醇溶劑中進行；

干燥為超臨界干燥。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于：

在步驟(5)中，溶劑置換在乙醇溶劑中進行。