[发明专利]一种高强度耐高温陶瓷纤维弹性体隔热材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高强度耐高温陶瓷纤维弹性体隔热材料及其制备方法和应用，所述方法：将第一部分陶瓷微米纤维、氧化石墨烯溶液、表面活性剂和水分散均匀，然后加入还原剂和硅橡胶预聚物并分散均匀，经预还原反应后加入第二部分陶瓷微米纤维并分散均匀，再经还原反应，得到陶瓷微米纤维/石墨烯复合湿凝胶；将所述湿凝胶浸泡在水，然后进行湿压；在湿压后，依次进行预冷冻、冷冻干燥和退火处理，得到高强度耐高温陶瓷纤维弹性体隔热材料。本发明所制备的弹性隔热材料在10％压缩形变下压缩强度最大可达0.75MPa、长时耐温达1300℃，既能作为常规弹性气凝胶材料的高强度耐高温弹性增强体材料，也可单独作为高强度耐高温弹性隔热材料。

技术领域

本发明属于耐高温弹性隔热材料技术领域，尤其涉及一种高强度耐高温陶瓷纤维弹性体隔热材料及其制备方法和应用。

背景技术

与刚性隔热材料相比，弹性隔热材料具有一定的变形能力和优异的隔热性能，在装配过程中不需要使用应变隔离垫与冷结构进行缓冲，有效缩短了安装周期，提升了装配效率，而且由于具有优异的抗热震性能，能有效吸收或释放内外温差产生巨大热应力。因此，弹性隔热材料可用作飞行器的热密封及其组件的芯体材料，能填充在飞行器缝隙，用于保护飞行器内部不耐温的元器件正常工作，可以防止高温气体从缝隙进入另一层，从而保证飞行器的服役安全。

橡胶材料是常见的弹性材料，但其耐温极限为650℃，难以满足更高温度的弹性隔热需求。部分有机硅纳米多孔气凝胶也可以展现出极佳的弹性，以及较橡胶材料更轻的重量和更加优异的隔热性能，但是耐温极限也不超过600℃。近年来，耐高温的纳米陶瓷纤维弹性材料取得了较大进展，一般利用静电纺丝或者高温气相反应制备得到纳米陶瓷纤维，将陶瓷纳米纤维进行液相分散经冷冻定型和冷冻干燥而制备得到陶瓷纳米纤维气凝胶，具有超轻、超弹、耐高温等特点。但是，一方面由于纳米纤维存在表面能较大，高温下容易烧结或者氧化，导致陶瓷纳米纤维气凝胶的极限耐温往往在1100℃左右，一般不超过1300℃；另一方面，纳米纤维的尺寸相对较大在水中容易沉降，导致最终材料的密度很小，而密度直接影响材料的力学强度，因而当前制备的陶瓷纳米纤维气凝胶的压缩强度(10％形变下)一般仅有数个kPa。因此，亟需制备出高强度耐高温的陶瓷纤维弹性隔热材料，满足极端热环境下热密封组件对弹性隔热材料的需求。

针对此，微米级别的陶瓷纤维由于直径较粗，很多种类陶瓷纤维本身的耐温极限能超过1300℃，因而用微米陶瓷纤维构筑弹性隔热材料在耐温性上有天然的优势。然而微米级别陶瓷纤维相较于纳米级别陶瓷纤维在水溶液中更容易沉降，能形成的稳定分散液浓度更低，会使材料的密度非常低、力学强度很差；此外，由于缺乏合适的弹性结构构建模式，导致形成的微米陶瓷纤维材料往往是一堆散棉状态，压缩回弹力学行为很差，往往压缩量超过10％时，材料会产生部分永久变形，不能很好地回弹。因此，如何利用陶瓷微米纤维作为构筑基元来制备高强度耐高温的陶瓷纤维弹性隔热材料具有非常重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中陶瓷纤维弹性隔热材料存在的力学强度差、耐温不够理想、压缩回弹性能不足等一个或者多个技术问题，本发明提供了一种高强度耐高温陶瓷纤维弹性体隔热材料及其制备方法和应用。

本发明在第一方面提供了一种高强度耐高温陶瓷纤维弹性体隔热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将第一部分陶瓷微米纤维、氧化石墨烯溶液、表面活性剂和水经第一搅拌分散均匀，形成分散液；

(2)往所述分散液中加入还原剂和硅橡胶预聚物并经第二搅拌分散均匀，然后经预还原反应，得到预还原产物，往所述预还原产物中加入第二部分陶瓷微米纤维并经第三搅拌分散均匀，再经还原反应，得到陶瓷微米纤维/石墨烯复合湿凝胶；

(3)将所述陶瓷微米纤维/石墨烯复合湿凝胶浸泡在水，然后对浸泡后的所述陶瓷微米纤维/石墨烯复合湿凝胶进行湿压，得到湿压陶瓷微米纤维/石墨烯复合湿凝胶；