[發(fā)明專利]一體式密度梯度熱防護(hù)材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811546459.6
• 申請(qǐng)日: 2018-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN111331941B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許學(xué)偉;夏雨;謝永旺;許孔力;李永民;張苓濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天特種材料及工藝技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B32B3/24
• 分類號(hào): B32B3/24;B32B27/42;B32B27/06;B32B33/00;B29C70/36
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本發(fā)明提供一種一體式密度梯度熱防護(hù)材料及其制備方法，熱防護(hù)材料包括基體和增強(qiáng)體，其中，基體為網(wǎng)絡(luò)狀的多孔樹脂結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)體包括具有第二體積密度的纖維增強(qiáng)體內(nèi)層和設(shè)置在所述內(nèi)層上的具有第一體積密度的纖維增強(qiáng)體外層述網(wǎng)絡(luò)狀的多孔結(jié)構(gòu)還分散固化在纖維增強(qiáng)體外層和纖維增強(qiáng)體內(nèi)層中，第一體積密度為0.5?2.0g/cm³；第二體積密度為0.05?0.4g/cm³。方法包括：制備增強(qiáng)體；配制基體原料的溶液；將溶液注入到增強(qiáng)體中，使增強(qiáng)體充分浸潤(rùn)溶液；然后在樹脂固化溫度下固化即得。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有的熱防護(hù)材料的外防熱層易氧化、無法長(zhǎng)期使用，內(nèi)隔熱層成型工藝周期長(zhǎng)、成本高，以及制備方法導(dǎo)致的整體熱防護(hù)效果差的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一體式密度梯度熱防護(hù)材料及其制備方法。

背景技術(shù)

飛行器面臨著飛行速度快、飛行距離遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)需要應(yīng)對(duì)熱流高、焓值高、駐點(diǎn)壓力大等特點(diǎn)的熱環(huán)境，因此飛行器的外防熱材料需要具備密度低、比熱容大、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗燒蝕、抗沖刷等特點(diǎn)。

目前飛行器使用的熱防護(hù)材料包括外防熱材料和內(nèi)隔熱材料兩部分組成。外防熱材料包括碳-碳復(fù)合材料、碳化硅陶瓷基等可重復(fù)使用熱防護(hù)材料以及樹脂基、橡膠類燒蝕類熱防護(hù)材料。碳-碳以及陶瓷基復(fù)合材料耐溫和抗沖刷性能比較優(yōu)秀，但碳材料在富氧環(huán)境下材料會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，材料性能會(huì)急速降低；樹脂基、橡膠類熱防護(hù)材料為了保證耐燒蝕、抗沖刷等性能，材料密度都較大、導(dǎo)熱系數(shù)高，往往應(yīng)用于短時(shí)間的熱防護(hù)體系(100s)，無法應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間飛行器的熱防護(hù)，具有一定的局限性。而內(nèi)隔熱材料為氣凝膠隔熱材料，主要起到隔絕熱量的作用，但是其需要采用超臨界干燥法進(jìn)行干燥，成型工藝周期過長(zhǎng)、制造成本過高。

此外，整個(gè)熱防護(hù)體系需要等到外防熱材料和內(nèi)隔熱材料分別成型后，采用膠粘劑進(jìn)行粘接固定而成，而且粘接劑的耐溫性和可靠性會(huì)嚴(yán)重影響熱防護(hù)的整體防護(hù)效果。

發(fā)明內(nèi)容

在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種一體式密度梯度熱防護(hù)材料及其制備方法，能夠解決現(xiàn)有的熱防護(hù)材料的外防熱層易氧化、無法長(zhǎng)期使用，內(nèi)隔熱層成型工藝周期長(zhǎng)、成本高，以及制備方法導(dǎo)致的整體熱防護(hù)效果差的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

根據(jù)一方面提供一種一體式密度梯度熱防護(hù)材料，所述熱防護(hù)材料包括基體和增強(qiáng)體，其中，所述基體為網(wǎng)絡(luò)狀的多孔樹脂結(jié)構(gòu)，所述增強(qiáng)體包括具有第二體積密度的纖維增強(qiáng)體內(nèi)層和設(shè)置在所述內(nèi)層上的具有第一體積密度的纖維增強(qiáng)體外層，所述網(wǎng)絡(luò)狀的多孔結(jié)構(gòu)還分散固化在所述纖維增強(qiáng)體外層和纖維增強(qiáng)體內(nèi)層中，所述第一體積密度為0.5-2.0g/cm³；所述第二體積密度為0.05-0.4g/cm³。

進(jìn)一步地，所述增強(qiáng)體的體積占所述熱防護(hù)材料的10-60％。

進(jìn)一步地，所述網(wǎng)絡(luò)狀的多孔樹脂結(jié)構(gòu)中孔隙直徑為10納米-100微米。

進(jìn)一步地，所述增強(qiáng)體還包括具有第三體積密度的纖維增強(qiáng)體中間層，所述纖維增強(qiáng)體中間層置于所述纖維增強(qiáng)體外層和所述纖維增強(qiáng)體內(nèi)層之間，所述第三體積密度大于第二體積密度且小于第一體積密度。

進(jìn)一步地，所述基體所采用的原料為：燒蝕類樹脂的聚合單體或低分子量聚合物與適量的溶劑混合所配制成溶液。

進(jìn)一步地，所述燒蝕類樹脂的殘?zhí)悸矢哂?0％，所述燒蝕類樹脂選自酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、芳基乙炔樹脂、乙烯基樹脂、苯并噁嗪樹脂、聚氨酯樹脂、有機(jī)硅改性酚醛樹脂中的至少一種。