[发明专利]一种轻质可重复使用的防隔热材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质可重复使用的防隔热材料及其制备方法。所述防隔热材料包含抗冲刷基体材料和与抗冲刷基体材料复合在一起的包含烧蚀树脂、凝胶固化剂和烧蚀填料的烧蚀复合材料；抗冲刷基体材料包含抗冲刷预制体和与抗冲刷预制体复合在一起的陶瓷基体，抗冲刷预制体包含上下纤维预制体层和中间纤维基体层。所述方法包括：将上下纤维预制体层和中间纤维基体层结合，制得抗冲刷预制体，然后与陶瓷基体复合，制得抗冲刷基体材料；用烧蚀复合材料混合溶液浸渍抗冲刷基体材料，然后将抗冲刷基体材料依次经过胶凝和固化的步骤，制得所述防隔热材料。本发明中所述防隔热材料具备烧蚀隔热性能优异、维形能力强和可重复使用的优点。

技术领域

本发明属于防隔热材料制备技术领域，尤其涉及一种轻质可重复使用的防隔热材料及其制备方法。

背景技术

再入式航天飞行器在大气层内飞行时，飞行器外表面承受高气流冲刷，温度高达2000-10000℃，必须采用高效烧蚀吸热/隔热一体化系统对飞行器进行热防护。

传统烧蚀材料(包括低密度和高密度)以酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚四氟乙烯等为烧蚀基体，以纤维、酚醛微球、玻璃微球和玻璃钢蜂窝等作为填充剂或增强材料复合而成。在高气动热流下，通过表面烧蚀吸收热量，从而维持下表面材料在一定的温度以下，保证下表面材料的结构稳定性。然而该类型材料在工作环境下烧蚀量过大，烧蚀后热导率较大，无法进一步阻止热流传递，从而无法发挥材料的长期烧蚀/隔热性能；并且由于玻璃纤维、碳纤维、玄武岩棉、玻璃微球等增强材料或填料烧蚀后容易出现脱落、剥离等现象，该类材料难以维持烧蚀/隔热材料的气动外形。此外，目前传统烧蚀材料均为一次性的烧蚀材料，显然已经不能适用于可重复使用的航天飞行器。

中国专利申请201310360892.1公开了一种微烧蚀隔热材料，该材料由烧蚀树脂材料复合刚性隔热材料制备而成，该材料具有良好的烧蚀隔热性能，烧蚀过程中材料表面发生陶瓷化反应，具备维形能力；但是该材料密度较大，且该材料烧蚀掉包含的烧蚀树脂材料后，承载能力较低，难以保证飞行器在长期飞行过程中内部结构的安全性，也无法供飞行器重复使用。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种轻质可重复使用的防隔热材料及其制备方法。本发明中的轻质可重复使用的防隔热材料具备烧蚀隔热性能优异、维形能力强和可重复使用的优点。

为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种轻质可重复使用的防隔热材料，所述轻质可重复使用的防隔热材料包含抗冲刷基体材料和与所述抗冲刷基体材料复合在一起的烧蚀复合材料；所述抗冲刷基体材料包含抗冲刷预制体和与所述抗冲刷预制体复合在一起的陶瓷基体，所述抗冲刷预制体包含结合在一起的上纤维预制体层、中间纤维基体层和下纤维预制体层；所述烧蚀复合材料包含烧蚀树脂、凝胶固化剂和烧蚀填料。

优选地，所述烧蚀复合材料与所述抗冲刷基体材料的质量比为(0.1～100):100；和/或所述抗冲刷基体材料的密度为0.3～1.2g/cm³。

优选地，所述抗冲刷预制体还包含缝合线材料，所述抗冲刷预制体由所述缝合线材料将所述上纤维预制体层、所述中间纤维基体层和所述下纤维预制体层缝合而成；所述中间纤维基体层的容重为80～400kg/m³，所述中间纤维基体层的厚度5～50mm；和/或所述上纤维预制体层和/或所述下纤维预制体层的厚度为0.5～10mm。

优选地，所述上纤维预制体层、所述中间纤维基体层、所述下纤维预制体层和/或所述缝合线材料由耐高温纤维制得，所述耐高温纤维的直径为1～20μm，和/或所述耐高温纤维的线密度为190～1200tex；所述上纤维预制体层和所述下纤维预制体层各自独立地选自石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、高硅氧纤维和碳化硅纤维中的一种或者多种耐高温纤维制得；所述中间纤维基体层选自氧化锆纤维、氧化铝纤维、石英纤维、高硅氧纤维和莫来石纤维中的一种或者多种耐高温纤维制得；和/或所述缝合线材料选自氧化铝纤维、莫来石纤维、氧化锆纤维和碳化硅纤维中的一种或者多种耐高温纤维制得。