一种柔性防隔热材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及防隔热材料技术领域，具体涉及一种柔性防隔热材料及其制备方法。


背景技术：

2.飞行器在大气层内高速飞行时，高速气流在飞行器外表面受到压缩，大量动能转化为热能，导致气流温度急剧升高，需对飞行器外表面进行热防护。目前，已有许多关于飞行器防隔热材料的研究：
3.专利cn 110028668a提出了一种硬质聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，该发明将芳香族二酐和芳香族二胺加热溶解形成前驱体溶液，在加入助发泡剂、稳定剂，通过两次高温发泡制成聚酰亚胺泡沫。该发明制备的泡沫材料具有密度可控，抗压强度高的特点，但是要经历两次高温发泡，一次发泡温度90～250℃，二次发泡温度280～450℃，能耗大，工艺较复杂。
4.专利cn109294238a提出了一种轻质高弹耐烧蚀隔热材料及其制备方法，该材料由热硫化硅橡胶、硼酚醛树脂、六亚甲基四胺、白炭黑、羟基硅油、轻质耐烧蚀填料、硫化剂、均三甲苯和纤维组成，通过混炼、塑炼、密炼、分段多次发泡硫化成型，具有良好的弹性和耐烧蚀性能，但密度较高0.6～0.8/cm3，成型工艺也相对复杂，需要经过多段(90℃，150℃，170℃，190℃)高温发泡，对设备要求较高，能耗大。
5.专利cn109796772a提出了一种气源微发泡碳层的柔性耐烧蚀复合材料，该材料由硅橡胶、纤维、白炭黑、气源物质、固化剂和催化剂组成，室温模压成型，具有良好的耐烧蚀性能，但是该材料导热系数0.18～0.29w/(m
·
k)，隔热性能不佳。
6.专利cn 109266212 a提出了一种低密度高性能防热涂层，该材料采用硅橡胶填充玻璃空心球和气相白炭黑，具有密度低和导热系数低等特点，但该系列的防热材料密度为0.5-0.7g/cm3，导热系数≤0.14w/(m
·
k)，由于空心微球密度和添加份数的限制，无法进一步降低涂层材料的密度和导热系数，限制了其性能的提升和应用领域；
7.专利cn 107760194 a提出了一种硅橡胶基防隔热涂层及其制备方法，该涂层包含烧蚀涂层、辐射涂层和隔热涂层三层结构，解决了硅橡胶基防热涂层力学性能和防隔热性能偏低的弊端，但该涂层的密度通常为0.7-1.0g/cm3，导热系数0.11-0.39w/(m
·
k)，断裂伸长率2-4％，密度和导热系数较高，断裂伸长率低，导致材料的隔热性能不佳，和基材的热匹配性不好。
8.从现有的热防护技术可知，其主要存在以下问题：工艺复杂；密度较高；导热系数较高，隔热性能不佳；伸长率低、与基材的热匹配性不好。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的问题，本发明提供了一种柔性防隔热材料及其制备方法，该柔性防隔热材料具有优异的隔热性能，密度低，与基材具有良好的变形匹配性，且制备工艺简单。
10.为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
11.一种柔性防隔热材料，由以下原料支撑：按重量百分比计，基料50～70％，隔热填料10～40％，抗烧蚀填料10～40％，发泡填料1～5％，骨架材料5～25％，增粘助剂0.5～3％。
12.进一步地，在上述技术方案中，所述基料为柔性树脂，具体为柔性硅树脂、柔性硅丙树脂、柔性环氧树脂、柔性酚醛树脂中的一种或多种。
13.进一步地，在上述技术方案中，所述隔热填料为软木粉、气凝胶粉、二氧化硅空心微球、气相二氧化硅、空心玻璃微珠、空心酚醛微球、硅树脂微球中的一种或多种，所述隔热填料的尺寸为600～1200目。
14.进一步地，在上述技术方案中，所述发泡填料为发泡微球、含氢硅油中的一种或多种。
15.进一步地，在上述技术方案中，所述抗烧蚀填料为氧化锆粉、氧化铝粉、石英粉、莫来石粉、三氧化二铁粉、氧化锌粉、碳化硅粉中的一种或多种，所述抗烧蚀填料的尺寸为300～600目。
16.进一步地，在上述技术方案中，所述骨架材料为碳化硅晶须、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、莫来石纤维、六钛酸钾晶须、石英纤维、芳纶浆泊、海泡石纤维中的一种或多种，所述骨架材料优选疏水表面处理，直径为2～20μm，长径比为10:1～50:1。
17.进一步地，在上述技术方案中，所述增粘助剂为硅烷偶联剂、硅硼硅氧烷、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂的一种或多种。
18.本发明还提供了一种制备上述柔性防隔热材料的方法，包括以下步骤：
19.1)按质量称取基料、隔热填料、发泡填料、抗烧蚀填料、骨架材料和增粘助剂置于料桶中分散，再混炼得到混合料；
20.2)将混合料通过模压、浇筑、刮涂或喷涂工艺成型；
21.3)再于室温或60～100℃下发泡。
22.本发明的有益效果为：
23.1)以高柔性树脂为基体，得到的柔性防隔热材料拉断伸长率≥20％，和基材有良好的热匹配性能；
24.2)采用低密度填料和发泡方法进一步降低了材料的导热系数和密度，导热系数可降低至0.04～0.08w/(m
·
k)，密度可降低至0.25～0.40g/cm3，具有良好的隔热性能；内部添加纤维骨架材料，使得防热材料具有良好的抗压性能，抗压强度≥1mpa；
25.3)该材料可采用模压、浇注、刮涂或者喷涂工艺成型，施工方式灵活，制备方法简单，可用于航天飞行器领域的热防护。
具体实施方式
26.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。
27.实施例1
28.称取柔性硅树脂800g、气凝胶粉300g、氧化锆粉200g、含氢硅油20g、六钛酸钾晶须100g、硅烷偶联剂10g置于料桶中，800r/min搅拌分散5min，再加入到三辊机中混炼3次，每
次混炼5min得到混合料。
29.将混合料除泡后浇注于模具中，刮去表面多余的混合料。将模具置于室温(15～35℃)下发泡24h，脱模后得到柔性防隔热材料。
30.实施例2
31.称取柔性酚醛树脂800g、二氧化硅空心微球350g、莫来石粉200g、发泡微球20g、碳纤维100g、硅烷偶联剂10g置于料桶中，800r/min搅拌分散5min，再加入到三辊机中混炼3次，每次混炼5min得到混合料。
32.将混合料稀释后喷涂在铝板上，将试样置于90℃温度下发泡30min，冷却至室温后得到柔性防隔热材料。
33.实施例3
34.称取柔性硅丙树脂300g、柔性硅树脂500g、酚醛空心微球200g、气凝胶粉100g、碳化硅粉200g、含氢硅油15g、芳纶浆泊100g、硅硼硅氧烷10g置于料桶中，800r/min搅拌分散5min，再加入到三辊机中混炼3次，每次混炼5min得到混合料。
35.将混合料除泡后喷涂在铝板上，将试样置于(15～35℃)温度下发泡24h后得到柔性防隔热材料。
36.对比实施例1
37.称取柔性硅树脂800g、气凝胶粉300g、氧化锆粉200g、六钛酸钾晶须100g、硅烷偶联剂10g置于料桶中，800r/min搅拌分散5min，再加入到三辊机中混炼3次，每次混炼5min得到混合料。
38.将混合料除泡后浇注于模具中，刮去表面多余的混合料。将模具置于室温(15～35℃)下固化24h，脱模后得到柔性防隔热材料。
39.对比实施例2
40.称取非柔性苯基硅树脂800g、气凝胶粉300g、氧化锆粉200g、含氢硅油20g、六钛酸钾晶须100g、硅烷偶联剂10g置于料桶中，800r/min搅拌分散5min，再加入到三辊机中混炼3次，每次混炼5min得到混合料。
41.将混合料除泡后浇注于模具中，刮去表面多余的混合料。将模具置于室温(15～35℃)下发泡24h，脱模后得到柔性防隔热材料。
42.对比实施例3
43.称取柔性酚醛树脂800g、二氧化硅空心微球350g、莫来石粉200g、发泡微球20g、硅烷偶联剂10g置于料桶中，800r/min搅拌分散5min，再加入到三辊机中混炼3次，每次混炼5min得到混合料。
44.将混合料稀释后喷涂在铝板上，将试样置于90℃温度下发泡30min，冷却至室温后得到柔性防隔热材料。
45.对比实施例4
46.称取柔性硅树脂800g、气凝胶粉300g、氧化锆粉200g、含氢硅油20g、六钛酸钾晶须100g置于料桶中，800r/min搅拌分散5min，再加入到三辊机中混炼3次，每次混炼5min得到混合料。
47.将混合料除泡后浇注于模具中，刮去表面多余的混合料。将模具置于室温(15～35℃)下发泡24h，脱模后得到柔性防隔热材料。
48.对各实施例制备的柔性防隔热材料的性能进行检测，具体见下表所示：
[0049][0050]
从本发明具体实施例测试结果来看，本发明以高柔性树脂为基体，得到的柔性防隔热材料拉断伸长率≥20％，与基材具有良好的热匹配性能；本发明采用低密度填料和发泡方法进一步降低了材料的导热系数和密度，具有良好的隔热性能并兼具良好的抗压性能；本发明可采用模压、浇注、刮涂或者喷涂工艺成型，施工方式简单灵活，成型效果优良。
[0051]
从对比实施例1性能测试结果来看，不添加发泡填料，材料的密度、导热系数较高，既不利于降低飞行器的消极质量，也降低了材料的隔热性能。
[0052]
从对比实施例2性能测试结果来看，使用非柔性树脂作为基体材料，亦能得到低密度、低导热系数的防热材料，但所得材料与基材的匹配性较差，增加了防热层在使用过程中开裂的风险。
[0053]
从对比实施例3性能测试结果来看，不添加骨架材料，材料的抗压强度较低，不利于飞行器贮存，转运过程中的承压。
[0054]
从对比实施例4性能测试结果来看，不添加硅烷偶联剂，材料和基材的粘接性较差，可能会出现与基材脱粘的情况，存在较大的安全隐患。
[0055]
需要指出的是，以上的实施例只是对本发明的解释，并非是对发明的限定，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。