專利名稱：一種耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料及其制備方法。
背景技術：
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°C，部分達到4000C。為防止高溫對內(nèi)部設備的損害，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°C，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l-5MPaXml/2)、低強度(一般小于5MPa)、熱導率偏高(一般大于0.06ff/mXk)以及單件面積小(一般為200X200mm)等問題，未能很好適應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，容易導致剛性陶瓷瓦與粘接基體之間產(chǎn)生應力破壞，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)展起來的氣凝膠復合材料具有很好的隔熱效果，耐溫大于400°C，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)復合材料及其制備方法。本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是:
本發(fā)明之耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料，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合材料的密度為0.2-0.9g/cm3，熱導率(0.2ff/mXK0進一步，所述耐高溫纖維增強耐高溫樹脂復合材料由碳纖維、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合材料為芯層材料，芯層材料的厚度為3-200_；
(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°C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(I)中，所用耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料由碳纖維、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(I)中，所述耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料的密度為0.2-0.9g/cm3，熱導率彡 0.2ff/mXK0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)復合材料，芯層為耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料，上表面層、下表面層均 為耐高溫纖維增強耐高溫樹脂復合材料，其耐高溫性能好，熱導率低，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域。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1
本實施例之耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料，由上表面層、芯層、下表面層構(gòu)成，所述芯層為莫來石短纖維增強二氧化硅氣凝膠復合材料，所述上表面層、下表面層均為石英纖維布增強聚酰亞胺復合材料；所述芯層的厚度為20mm，芯層材料的密度為0.32g/cm3，熱導率為0.028W/mXK,所述上表面層的厚度為0.8mm,下表面層的厚度為0.6mm。制備方法，包括以下步驟:
(O選用莫來石短纖維增強二氧化硅氣凝膠復合材料為芯層材料，芯層的厚度為20mm ；
所述莫來石短纖維增強二氧化硅氣凝膠復合材料采用超臨界干燥的方法制備(可參照中國專利 200510031952.0,200710034510.0,201110110844.8,201110110947.4,201110110946.X、201010300112.0 或 201010148105.3 公開的方法進行)，密度為 0.32g/cm3，熱導率為0.028ff/mXK ；
(2)在芯層上、下表面分別平鋪I層0.8mm厚的石英纖維布，然后進行縫合處理；縫合所采用的纖維是380Tex的石英纖維，每兩根縫合線間距為15mm ；
(3)在步驟(2)所得石英纖維布“蒙皮”表面噴涂聚酰亞胺溶液，至所噴液體所占體積分數(shù)為空隙部分的40%，在室溫下晾置I小時，然后用模具夾緊，在370°C下固化；
(4)冷卻至室溫，脫模，即成。本實施例所得耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的密度為0.45g/cm3，其基本性能見表I。表I實施例1耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的基本性能
權(quán)利要求
1.一種耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料，由上表面層、芯層、下表面層構(gòu)成，其特征在于:所述芯層為耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料，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合材料；所述芯層的厚度為3-200_，所述上表面層、下表面層的厚度分別為 0.1-5.0mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料，其特征在于:所述耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料由碳纖維、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，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，或碳氣凝膠組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料，其特征在于:所述耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料的密度為0.2-0.9g/cm3，熱導率彡0.2W/mXK。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料，其特征在于:所述耐高溫纖維增強耐高溫樹脂復合材料由碳纖維、石英纖維、氧化鋁纖維、莫來石纖維或碳化硅纖維，與聚酰亞胺、聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚苯并咪唑或聚苯并惡唑組成。
5.如權(quán)利要求1所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)選用耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料為芯層材料，芯層的厚度為3-200_； (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°C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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所用耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料由碳纖維、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，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，或碳氣凝膠采用超臨界干燥的方法制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，所用耐高溫纖維增強氣凝膠復合材料的密度為0.2-0.9g/cm3，熱導率彡0.2W/mXK0
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所用耐高溫纖維為碳纖維、石英纖維、氧化鋁纖維、莫來石纖維或碳化硅纖維；針刺、穿刺或縫合處理采用石英纖維、碳纖維，針刺、穿刺或縫合間距為2-40mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所用耐高溫樹脂為聚酰亞胺、聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚苯并咪唑或聚苯并惡唑。
全文摘要
一種耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料及其制備方法，所述耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料由上表面層、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合材料；所述芯層的厚度為3-200mm，所述上表面層、下表面層的厚度分別為0.1-5.0mm。本發(fā)明還包括所述耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料的制備方法。本發(fā)明之耐高溫隔熱夾層結(jié)構(gòu)復合材料耐高溫性能好，熱導率低，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域。
文檔編號B32B27/06GK103101262SQ201310053
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者曹峰, 馮堅, 張長瑞, 姜勇剛, 馮軍宗 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學