用于航空航天应用的可再利用的耐高温纺织品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及热防护化合物、并入这种化合物的设备，以及制造它们的方法。更 具体地，本发明涉及基于织物的热防护组合物。
【背景技术】
[0002] 空间交通工具一一诸如，例如航天飞机一一需要防护外部绝热以便于离开和重返 地球大气层。例如，在重返期间，为了有效，在同时经历超过大约1830°F的外部热环境时， 外部隔离物必须维持交通工具的外部结构温度在大约350°F以下。另外，相同的外部热防 护必须隔离交通工具，包括使外部结构与外部空间中发现的严寒（如低于大约-100°F的 温度）隔离。更进一步，外部热防护元件必须经受与发射振动、声学、着陆冲击以及暴露于 辐射相关的机械应力。
[0003] 先前，轻质陶瓷最先进的绝热瓦在它们的用途方面限于在氧化环境中大约 2375°F的温度。如果温度超过2375°F，必须使用致密的陶瓷材料。然而，更致密的材料 增加显著的、不期望的重量。美国专利号6,225,248( '248专利）公开了包括碳、硅和氧 的轻质、高温陶瓷隔离物，当暴露于大约3100°F的温度时，其能够保持它的形状和强度。 '248专利进一步公开了通过使基底与源自二-和三-官能硅烷的反应的反应产物结合以形 成凝胶，随后在惰性环境中加热或热解凝胶与碳基底以形成高温、轻质陶瓷隔离物，制造改 良的隔离物。
【发明内容】
[0004] 公开了具有涂层以在高温下提供氧化防护、能够形成为各种纺织品部件的高温织 物以及它们的制造方法。优选地，这些部件可以应用于航空航天交通工具的外部或内部，优 选地作为纺织物部件，例如以保护敏感区域不受高温气体或等离子体的影响。纺织品部件 被理解为如此部件，诸如，例如空隙填料、密封物等，用于物体，诸如，例如在重返进入例如 地球大气层时经受极端温度的航天飞船。
[0005] 根据本公开内容制造的纺织品部件在高达至少大约2800°F的温度下稳定，并且 至高达大约3100°F的温度仅仅展现适度的故障特性（将纺织品的有用寿命限制或潜在限 制于单次用途），以及包括作为优选地可再利用的空隙填料的用途。
[0006] 根据本文公开的一个优选程序，本文公开的高温织物是使用液体硅烷化学品的混 合物处理碳织物的产物。这产生与碳织物紧密接触的凝胶。然后与织物一起原位干燥凝胶。 在无氧气氛中热解织物以使得干凝胶中的二氧化硅将织物中的碳转化为碳氧化硅材料。然 后根据应用重复该过程。根据一个可选方案，最终步骤为使用低碱性胶态二氧化硅溶液涂 布碳氧化硅织物作为氧化防护。
[0007] 在一个可选方案中，本公开内容涉及制造绝热材料的方法，该方法包括以下步骤： 提供具有第一和第二侧面的不含氧化物的基础织物和提供涂层至基础织物。基础织物优选 地包括碳化硅。涂布基础织物的第一和第二侧面，随后干燥涂布的基础织物。
[0008] 在另一个变化中，基础织物包括含氧化铝的含氧化物材料，并且涂层优选地包括 含氧化错耐火材料、去离子水和相容的发射剂（emittanceagent)。
[0009] 在再另一个可选方案中，基础织物包括含氧化铝的含氧化物材料，并且涂层优选 地包括胶态氧化铝、氧化铝粉末和相容的发射剂。
[0010] 在又另一个可选方案中，基础织物为含碳化硅的不含氧化物的材料，并且涂层优 选地包括胶态二氧化硅。
[0011] 在再另一个变化中，基础织物包括含碳化硅的不含氧化物的材料，并且涂层优选 地包括未热解的碳化硅预陶瓷的聚合物树脂和碳化硅粉末。
[0012] 根据又另一个变化，本公开内容涉及制造绝热材料的方法，该方法包括以下步骤： 提供具有第一和第二侧面的包括含碳材料的不含氧化物的基础织物，和提供含硅凝胶涂层 至基础织物，使得涂层浸润基础织物。然后在惰性环境中干燥和热解织物以使含碳材料转 化为硅-氧-碳材料。根据另一个变化，用基于低碱性的涂层涂布热解的基础织物，该基 于低碱性的涂层选自胶态氧化铝、胶态二氧化硅、氧化锆以及它们的组合。去离子硅溶胶 (Ludox)是一种特别优选的胶态二氧化娃。
[0013] 本公开内容的含硅烷凝胶涂层组合物一一与上面刚刚提出的变化一起使用一一 优选地包括二-和三官能的醇盐反应物，其具有通式：
[0014] (R' 0)3-Si-R和（R〃，0)2-Si-R"，R。，其中R、R'、R"、R"，和R?相同 或不同，并且代表1-12个碳的烃基；条件是R"'或1?°为氢原子，R'和R"为烷基，并且R、 R"'或1?°为1-12个碳的烷基、芳基或取代的芳基。优选地，烃基为包括碳和氢的自由基， 其选自直链基、支链基、饱和基、不饱和基以及它们的组合，并且烃基包括具有从1-12个碳 原子的基团，并且其中烃基团中的至少一个包含至少两个碳原子，并且R"'或妒为氢。
[0015] 在另个变化中，含硅烷组合物选自烷基二氧代硅烷、烷基^烷氧基硅烷和它们 的组合，条件是二烷氧基硅烷中的R"'或1?°基团为氢。更优选地，含硅烷组合物选自 甲基三甲氧基硅烷CH3Si(0CH3)3、乙基三甲氧基硅烷CH2H5Si(0CH3)3、甲基三乙氧基硅烷 CH3Si(0C2H5)3> (CH3)Si (CH3)Si(0CH3)2,Z.S 二乙氧基硅烷（C2H5)Si(0C2H5)2、乙基二丁氧基硅烷（C2H5)Si(0C4H9)2、乙烯基二乙氧基硅烷 (CH2:CH)Si(0C2H5) 2、苯基二甲氧基硅烷（C6H5)Si(0CH3) 2和它们以任意比的组合，条件是二 烷氧基硅烷中R"'或1?°基团为氢。
[0016] 本公开内容又进一步涉及绝热织物，其包括用硅氧烷凝胶处理的高温织物，所述 硅氧烷凝胶包括式SiaCb0。，其中a=l、b= 0. 2至1. 5以及c= 1至3。优选地，耐高温织 物为不含氧化物的材料，诸如含碳材料。
[0017] 在一个优选的变化中，含高温织物包括氧化铝，并且涂层包括氧化锆耐火材料、去 尚子水和相容的发射剂。
[0018] 在另一个变化中，含高温织物包括氧化铝，并且涂层包括胶态氧化铝、氧化铝粉末 和相容的发射剂。
[0019] 在再另一个可选方案中，含高温织物包括碳化硅，并且涂层包括胶态二氧化硅。又 进一步，本公开内容考虑如此变化，其中不含氧化物的织物包括碳化硅，并且涂层包括未热 解的碳化硅预陶瓷的聚合物树脂和碳化硅粉末。
[0020] 在一个优选的变化中，本公开内容进一步考虑用包括硅氧烷凝胶的材料涂布隔离 织物，其中硅氧烷凝胶由含硅烷组合物制成，该组合物包括二-和三官能的醇盐反应物，其 具有通式：
[0021] (R' 0)3-Si-R和（R〃，0)2-Si-R"，R。，其中R、R'、R"、R"，和R〇相同 或不同，并且代表1-12个碳的烃基；条件是R"'或1?°为氢原子，R'和R"为烷基，并且R、 R"'或1?°为1-12个碳的烷基、芳基或取代芳基。烃基优选地为包括碳和氢的自由基，并 且其选自直链基、支链基、饱和基、不饱和基以及它们的组合，并且包括具有从1-12个碳原 子的基团，并且其中烃基团中的至少一个包含至少两个碳原子，以及R"'或妒为氢。
[0022] 又进一步，本公开内容考虑含硅烷组合物选自烷基二氧代硅烷、烷基^烷氧基娃 烷和它们的组合，条件是二烷氧基硅烷中R"'或R°S团为氢，以及含硅烷组合物选自 甲基三甲氧基硅烷CH3Si(OCH3)3、乙基三甲氧基硅烷CH2H5Si(OCH3)3、甲基三乙氧基硅烷 CH3Si(OC2H5)3> (CH3)Si (CH3)Si(OCH3)2,Z.S 二乙氧基硅烷（C2H5)Si(OC2H5)2、乙基二丁氧基硅烷（C2H5)Si(OC4H9)2、乙烯基二乙氧基硅烷 (CH2:CH)Si(OC2H5) 2、苯基二甲氧基硅烷（C6H5)Si(OCH3) 2和它们以任意比的组合，条件是二 烷氧基硅烷中R"'或1?°基团为氢。
[0023] 根据再另一个可选方案，本公开内容涉及隔离织物，其中硅氧烷凝胶包括：
[0024] a)具有式（R〃 0)2 -Si-R'hR°的至少一种二烷氧基硅烧，其中R"为具有1-12 个碳的烷基，并且R"'或1?°为具有1至12个碳的烃基，并且R"'或1?°为氢；和
[0025]b)具有式（R' 0)3-Si-R的至少一种三烷氧基硅烧，其中W为1至12个碳的 烷基，以及R与R'相同或不