[發明專利]一種輕質高強隔熱透波復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911099023.1
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110746780B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 孔國強;李瑩;魏化震;于秋兵;尹磊;安振河;李居影;王康;孫曉冬;畢衛東
• 申請（專利權）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08L83/06;C08K7/26;C08K7/24;C08K7/10;C08J5/24;B32B5/02;B32B33/00;B32B5/26;B32B37/06;B32B37/10;B32B38/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻;趙斌

本發明是屬于復合材料領域，尤其涉及一種輕質高強隔熱透波復合材料及制備方法，采用空心石英纖維作為增強體、有機硅樹脂作為基體，添加氣凝膠粉體作為添加劑，通過熱壓成型制備樹脂基透波復合材料，該材料具有密度低、強度高、介電性能和隔熱性能優異的特點，特別適用于彈箭武器天線罩對輕量化、隔熱效果優良的結構/透波復合材料的技術要求。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種輕質高強隔熱透波復合材料及其制備方法。

背景技術

天線罩作為彈箭武器的關鍵部件，是天線系統的重要組成部分，被稱為天線系統的“電磁窗口”。天線罩位于彈箭武器裝備的頭部或彈體側面，在彈箭武器高馬赫數飛行過程中受到嚴重的氣動加熱且承受時間越來越長，駐點溫度較高，是典型的集導流、防熱、隔熱、透波、承載等多種功能于一體的結構/功能一體化部件。天線罩的特點是加速載荷高、壁面氣動溫升快、低功率、高精度、使用環境復雜、多頻譜等，這對透波材料的力、熱、電綜合性能要求很高，如優良的介電性能、足夠的機械性能、耐熱及熱沖擊性能、耐環境性能、較寬的工藝窗口、良好的經濟性等。

實心石英纖維增強的有機硅樹脂基透波復合材料是一種常見的耐高溫樹脂基透波復合材料，長期工作溫度可達250℃～300℃，具有優異的介電性能和耐熱性，在各種環境下(如高溫、潮濕)，介電性能都比較穩定，且隨著溫度的升高，介電常數幾乎不變。因此，石英/有機硅樹脂基透波復合材料是一種極為優異的耐高溫透波材料，其主要不足是強度較低。

與實心石英纖維相比，空心石英纖維增強的樹脂基復合材料由于纖維空心(類似于孔隙)的存在，進一步降低了材料的密度，密度由原來實心石英纖維增強樹脂基復合材料的1.6～1.8g/cm³降低至1.4～1.5g/cm³。同時，空心石英纖維中間被惰性氣體填充，在保證低密度的同時在一定程度上能夠提高纖維的剛度和彎曲性能。當制備纖維增強樹脂基復合材料時，纖維的空心化還能夠提高纖維與樹脂基體的黏合能力，從而較大程度提升復合材料的力學性能。另外，空心石英纖維由于其空心的存在，進一步降低了材料的介電常數和介電損耗，同時降低了材料的導熱系數，具有較為優異的介電性能和隔熱性能。上述得知，采用空心石英纖維作為增強體，可解決實心石英/有機硅樹脂基復合材料密度大、強度低的問題，滿足隨著彈箭武器的發展帶來的輕質化、強度高、優異的介電性能和隔熱性能的需求。

氣凝膠是由納米超細微粒相互聚結而成的擁有三維納米網絡的輕質納米多孔材料，被稱為“終極保溫絕熱材料”，是目前已知的最輕的固體材料。氣凝膠具有低密度(0.003～0.1g/cm³)、高比表面積(500～1200m²/g)、高孔隙率(90～99.8％)、低介電常數、低熱導率(0.005～0.02(W/m·K))等物理特性。采用納米多孔氣凝膠與無機纖維材料復合制備的復合材料具有優異的保溫絕熱、耐高溫、疏水、防火阻燃等特點，導熱系數約0.02W/m·K左右，具有優異的隔熱性能，其缺點是強度很差，無法單獨作為具有較高結構強度的材料使用。

孟慶杰等(材料導報，2018，S1，110～112)分別采用空心石英纖維布和實心石英纖維布作為增強體、氰酸酯樹脂作為基體制備了透波復合材料。空心石英纖維制備的復合材料密度為1.35g/cm³，壓縮強度和彎曲強度分別為439MPa、656MPa，50℃、250℃下的導熱系數分別為0.30W/(m·K)、0.42W/(m·K)，介電常數在3.0～3.3。實心石英纖維制備的復合材料密度為1.66g/cm³，壓縮強度和彎曲強度分別為427MPa、725MPa，50℃、250℃下的導熱系數分別為0.38W/(m·K)、0.51W/(m·K)，介電常數在3.2～3.4。與實心石英纖維復合材料相比，空心石英纖維復合材料具有密度低、隔熱性能和介電性能優良、壓縮性能高等特點，但彎曲強度較差。