[发明专利]一种抗氧化、低热导耐高温柔性隔热材料及其制备方法

说明书

本申请涉及热防护材料的技术领域，具体公开了一种抗氧化、低热导耐高温柔性隔热材料及其制备方法，隔热材料的高温层全部选用氧化物主材，可以起到抗氧化作用；结构选用多层设计，低温层可引入具有高反射率的反射屏，提高隔热效果。将表层耐高温纤维布、耐高温纤维棉/毡、多层低热导纤维棉和反射屏交替叠合形成一体化，提高整体耐高温和隔热能力；缝线使用连续陶瓷纤维纱线，通过上浆处理，并采用特殊引线方法，克服了氧化物纤维模量高、不抗弯折的缺点；制备工艺采用缝合方法，增加样件尺寸稳定性，提高了复合材料间强度及断裂韧性，由此也提高了材料使用的安全性。

技术领域

本申请涉及热防护材料的技术领域，特别是一种抗氧化、低热导耐高温柔性隔热材料及其制备方法。

背景技术

飞行速度在5Ma以上的高超声速飞行器成为世界各国竞相研究和发展的热点。高的飞行速度与周围空气发生剧烈摩擦，产生的热量导致其表面温度急剧升高。为了保证飞行器结构及内部仪器仪表的安全使用，必须对飞行器表面进行热防护。其中柔性隔热材料因为其安装操作更方便，对于大面积、复杂形状的隔热，具有无可比拟的优越性。

国内的程银兵等人利用高聚物基膜金属层、氧化金属层和高聚合物外覆膜复合而成的膜，并在多层隔热材料基础上加入SiO₂气凝胶材料以提高隔热性能。李丹之等利用聚酯薄膜、金属膜层、金属氧化物、阻燃层、玻璃纤维层等复合成具有较好的防水性和隔热性的柔性隔热材料。孙现凯等将碳纤维布平铺于氧化铝纤维/氧化硅气凝胶/石墨块状材料的两面，使用直径为2±0.2mm的碳纤维绳进行缝合，并在100℃～120℃下热处理12h，最终得到碳纤维缝合氧化铝纤维/氧化硅气凝胶/石墨柔性隔热材料。

综合以上实例来看，柔性隔热材料多用于中高温服役条件，而使用温度超过1000℃的柔性隔热材料的主要成分大多包含碳纤维，存在氧化问题，从各国航天航空领域的研究发展发现，空天飞行器的热防护系统逐渐从烧蚀向非烧蚀发展。

发明内容

为了提高柔性隔热材料的使用温度，且可在有氧环境中稳定使用，本申请公开了一种抗氧化、低热导耐高温柔性隔热材料及其制备方法。

隔热材料的受热面为高温层，背离受热面的一侧为低温层。本申请中隔热材料的高温层全部为氧化物主材，可以起到抗氧化作用；结构选用多层设计，低温层可引入具有高反射率的反射屏，提高隔热效果。将表层耐高温纤维布、耐高温纤维棉/毡、多层低热导纤维棉/毡和反射屏交替叠合形成一体化，提高整体耐高温和隔热能力；缝线使用氧化物纤维纱线，通过上浆处理，并采用特殊引线方法，克服了氧化物纤维模量高、不抗弯折的缺点；制备工艺采用缝合方法，增加样件尺寸稳定性，提高了复合材料间强度及断裂韧性，由此也提高了材料使用的安全性，隔热材料的使用温度达到1300度及以上。

第一方面，本发明公开了一种抗氧化、低热导耐高温柔性隔热材料，采用如下的技术方案：

一种抗氧化、低热导耐高温柔性隔热材料，隔热材料的密度为0.1-0.4g/cm³，隔热材料包括隔热布体和用于缝合隔热布体的连续陶瓷纤维纱线，隔热布体包括陶瓷纤维布、陶瓷纤维棉/毡、以及任选地反射屏；陶瓷纤维布包括氧化铝纤维布以及任选地石英纤维布；以隔热布体总质量为100％计，氧化铝纤维布质量含量为0～50.12％，石英纤维布质量含量为0～7.15％，陶瓷纤维棉/毡质量含量为 15.70～95.97％，反射屏质量含量为0～3％；连续陶瓷纤维纱线质量含量为隔热布体质量的6.0～30％。

其中，隔热布体包括陶瓷纤维布、陶瓷纤维棉/毡、以及任选地反射屏。包括两种含义：第一，隔热布体包括陶瓷纤维布、陶瓷纤维棉/毡；第二，隔热布体包括陶瓷纤维布、陶瓷纤维棉/毡、反射屏。以下内容中的任选的含义相同。

进一步的，氧化铝纤维布质量含量还可以为4.03％。

具体的，陶瓷纤维布为耐高温纤维布，莫来石棉/毡为耐高温纤维棉/毡，石英棉/毡为低热导纤维棉/毡，连续陶瓷纤维纱线为氧化物纤维纱线。