[发明专利]一种隔热/抗烧蚀热防护结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种隔热/抗烧蚀热防护结构及其制备方法。该隔热/抗烧蚀热防护结构包括隔热层和抗烧蚀层，其制备方法包括：制备轻质隔热层片材，所述轻质隔热层片材包含：酚醛树脂、空心玻璃微球、增强相短切纤维、添加剂；制备抗烧蚀预浸料，所述抗烧蚀预浸料包含：酚醛树脂、纳米二氧化钛、SiC粉、二硼化锆、添加剂、增强相长连续编织布；按照设计厚度将对应层数的轻质隔热层片材、抗烧蚀预浸料组合，进行加压并固化，得到隔热/抗烧蚀热防护结构。本发明制备的热防护结构兼具轻质隔热和抗烧蚀性能，隔热层与抗烧蚀层厚度比可调，可满足高热流/短时或中、低热流/中、长时飞行热环境需求，且工艺流程简单，生产周期短，满足低成本发展要求。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种热防护结构及其制备方法，尤其涉及一种具有隔热、抗烧蚀功能的轻质热防护结构及其制备方法。

背景技术

酚类和醛类缩聚产物通称为酚醛树脂。酚醛树脂是世界上最早实现工业化生产的合成树脂、迄今已有逾百年的历史。以其优异的机械性、耐热性、耐寒性、尺寸稳定性、成型加工性、阻燃性及低烟雾性和生产成本低廉等优点，至今仍用作树脂基耐烧蚀材料的主要基体树脂。以酚醛树脂为基体树脂制造的耐高温防热烧蚀材料在航空航天等国防尖端技术领域获得了广泛应用。

热防护系统(Thermal Protection System，TPS)是保护航天器顺利返回地球的关键结构，其中烧蚀防热是最可靠防热方案。炭化型烧蚀材料适用于高焓值、高热流密度的服役环境，是目前广泛应用的烧蚀防热材料，其典型代表为碳/酚醛(C—Ph)复合材料。传统C—Ph树脂基复合材料密度较大且导热系数较高，很难满足高性能航空航天领域，减重是航空航天永恒的追求，因此耐高温轻质烧蚀隔热材料是近年研究的热点。

专利CN201910261601.0公开了一种微烧蚀轻质酚醛树脂及其制备方法，在树脂基体中添加空心玻璃微珠、二氧化钛和二硼化锆等，协同降低材料密度，并提高材料抗烧蚀性能。但该法制备的热防护材料减重效果仍然有限。专利CN103449825A公开了一种微烧蚀隔热材料，可调节刚性隔热材料和烧蚀材料比例以及刚性隔热材料沿厚度方向的组成和结构，且根据需求制成各种型面和尺寸。然而，该材料中包含的刚性隔热材料孔隙率不定；且，该烧蚀材料以浸渍、喷涂或渗透的方式复合刚性隔热材料，此种方式并不能精准调节刚性隔热材料与烧蚀树脂材料在厚度方向的比例；此外，材料预制体成本高昂，产品生产周期长。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种隔热/抗烧蚀热防护结构及其制备方法，用该方法制备的热防护结构兼具轻质隔热和抗烧蚀性能，隔热层与抗烧蚀层厚度比可调，可满足高热流/短时或中、低热流/中、长时飞行热环境需求，且工艺流程简单，生产周期短，满足低成本发展要求。

第一方面，本发明提供一种隔热/抗烧蚀热防护结构的制备方法，所述隔热/抗烧蚀热防护结构包括隔热层和抗烧蚀层，所述制备方法包括以下步骤：

制备轻质隔热层片材，所述轻质隔热层片材包含：酚醛树脂、空心玻璃微球、增强相短切纤维、添加剂；

制备抗烧蚀预浸料，所述抗烧蚀预浸料包含：酚醛树脂、纳米二氧化钛、SiC粉、二硼化锆、添加剂、增强相长连续编织布；

按照设计厚度将对应层数的轻质隔热层片材、抗烧蚀预浸料组合，进行加压并固化，得到隔热/抗烧蚀热防护结构。

进一步地，所述轻质隔热层片材按照质量份包含：酚醛树脂100份、空心玻璃微球40～60份、增强相短切纤维25份、添加剂0.5份。

进一步地，所述抗烧蚀预浸料按照质量份包含：酚醛树脂100份、纳米二氧化钛10份、SiC粉10份、二硼化锆20—40份、添加剂0.5份。

进一步地，所述制备轻质隔热层片材，包括：

将捏合机升温至70℃，取100份酚醛树脂于捏合机内，加热熔融；

称取0.5份添加剂倒入捏合机，并充分混合；