一种耐高温柔性可变形隔热吸波材料、蒙皮及其制备方法

本发明涉及隔热材料，特别是涉及一种耐高温柔性可变形隔热吸波材料、蒙皮及其制备方法。

背景技术：

1、航空航天领域发展迅速，高速变体飞行器成为未来发展的新趋势。高速飞行器发射和返回的过程中，因气动加热会产生大量热量，为保证飞行器的正常运行，通常使用热防护系统进行保护。随着航空航天和军事工业的发展，对飞行器的热防护系统提出了更高的要求，不仅需要具有优异的防热、隔热性能，还要具有良好的隐身吸波性能。传统的热防护系统包括刚性的陶瓷隔热瓦以及柔性的隔热毡，但刚性隔热瓦脆性大、力学性能较差，柔性隔热毡随行性较差，无法适应变体飞行器的外形变换，不能满足高速变体飞行器的高效率需求。

2、因此，亟需提供一种可实现大尺度变形，同时具有隐身性能的隔热材料。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种耐高温柔性可变形隔热吸波材料、蒙皮及其制备方法，本发明提供的可变形隔热材料尺寸及形状可调控，在高温和低温条件下均能够实现大尺度变形，同时具有隐身性能，可适应变体飞行器的外形变换，满足飞行器对隔热材料隐身性能的需求。

2、本发明在第一方面提供了一种耐高温柔性可变形隔热吸波材料，所述可变形隔热吸波材料包括具有折纸结构的纤维基体和第一气凝胶增强体。

3、所述纤维基体包括碳化硅纤维层和氧化物陶瓷纤维层。

4、优选地，所述氧化物陶瓷纤维层包括二氧化硅纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种；

5、所述碳化硅纤维层的厚度为0.5～1mm；和/或

6、所述氧化物陶瓷纤维层的厚度为1～10mm。

7、优选地，所述第一气凝胶增强体为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、铝-硅气凝胶、sioc气凝胶、siocn气凝胶中的一种或多种；优选的是，所述第一气凝胶增强体占所述可变形隔热吸波材料总质量的30～60％。

8、优选地，所述折纸结构为z型折纸结构、flasher折纸结构、miura折纸结构中至少一种。

9、本发明在第二方面提供了一种第一方面所述的可变形隔热吸波材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

10、将纤维进行预处理、成型，得到纤维基体；

11、将所述纤维基体浸渍于第一气凝胶前驱体浸渍液中，经热处理、溶剂置换、干燥，得到所述可变形隔热吸波材料。

12、优选地，在所述干燥之后还包括热解，所述热解的温度为900～1200℃。

13、优选地，所述第一气凝胶前驱体浸渍液包括将第一气凝胶前驱体、有机溶剂和催化剂；优选的是，所述第一气凝胶前驱体占所述第一气凝胶前驱体浸渍液总质量的20～50％；

14、优选的是，所述第一气凝胶前驱体为硅源、铝源中的至少一种；更优选的是，所述硅源为水玻璃、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；更优选的是，所述铝源为仲丁醇铝、异丙醇铝、六水合氯化铝和九水合硝酸铝中一种或多种；

15、优选的是，所述有机溶剂为醇，优选为甲醇、乙醇、异丙醇和正丙醇中的一种或多种；

16、优选的是，所述催化剂为酸溶液或碱溶液，所述酸溶液优选为盐酸、醋酸和硝酸中的一种或多种；所述碱溶液优选为氨水、氢氧化钠溶液中的一种或多种；更优选的是，所述酸溶液和所述碱溶液的浓度独立地为0.3～0.6mol/l。

17、优选地，所述成型包括压制成型、挤压成型、半手工折叠成型中的至少一种；

18、所述热处理的温度为30～60℃；和/或

19、所述干燥方式为常压干燥、超临界干燥中的至少一种。

20、本发明在第三方面提供了一种蒙皮，所述蒙皮包括由外至内依次设置的抗冲刷层、隔热吸波层和阻气层，所述隔热吸波层为第一方面所述的可变形隔热吸波材料。

21、优选地，所述抗冲刷层包括纤维织物和第二气凝胶增强体，优选的是，所述第二气凝胶增强体为酚醛气凝胶；和/或

22、所述阻气层为硅胶、乳胶、氟橡胶中的一种或多种。

23、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

24、本发明提供的可变形隔热吸波材料由碳化硅纤维和氧化物陶瓷纤维组成的纤维基体与气凝胶复合得到，利用碳化硅的高导热性将热量进行定向扩散，避免隔热材料出现局部高温突点，利用碳化硅的耐高温、高强度及吸波性能，满足隔热材料在高温有氧环境下的隐身需求；利用氧化物陶瓷纤维提升隔热材料的隔热性能和可随行功能。可变形隔热吸波材料中纤维在气凝胶的粘结作用下成型为一体结构，同时形状得到较好地维持，且相较于其他粘合剂，气凝胶可以进一步地降低复合材料的导热系数，提升复合材料的隔热效果。

25、本发明提供的具有折纸结构的可变形隔热吸波材料结构单元可调控，在高温和室温条件下，变形方式多样，可实现大尺度变形，变形过程连续且形状可回复，耐疲劳性能优良，同时具有吸波隐身性能，与现有的刚性隔热瓦及柔性隔热毡相比，可以更加适应高速变体飞行器的多任务气动外形变换，满足飞行器对隔热材料隐身性能的需求。

26、本发明提供的可变形隔热吸波材料的成型工艺简单，参数可灵活调整，制得的隔热吸波材料具有柔性、耐高温、隐身、隔热、大尺度变形的特点，是一种轻质、高效、多功能、可随行的材料，可以用作可随行的隐身隔热填充材料，用于隐身热防护领域的多种场景。

27、本发明提供的蒙皮包括抗冲刷层、隔热吸波层和阻气层，其中，抗冲刷层包括纤维织物和第二气凝胶增强体，气凝胶将纤维丝紧密结合，降低了纤维束的毛刺感，纤维束的强度更高，可以提升蒙皮材料表面的抗冲刷性能。隔热吸波层为具有折纸结构的可变形隔热吸波材料，结构单元可调控，在高温和室温条件下，变形方式多样，可实现大尺度变形，变形过程连续且形状可回复，耐疲劳性能优良，同时具有吸波隐身性能，可以更加适应高速变体飞行器的多任务气动外形变换，满足飞行器对隔热材料隐身性能的需求。阻气层具有优良的气密性，可以保证蒙皮材料的气密性。

28、本发明提供的蒙皮是一种高弹性、高耐热、可变形、多功能热防护材料，具有面外可承载的刚性以及面内可变形的柔性。在高温和低温条件下，均可实现连续、无缝、大尺度变形，同时具有优异的隔热效果和吸波效果。

技术特征：

1.一种耐高温柔性可变形隔热吸波材料，其特征在于，所述可变形隔热吸波材料包括具有折纸结构的纤维基体和第一气凝胶增强体；

2.根据权利要求1所述的可变形隔热吸波材料，其特征在于，所述氧化物陶瓷纤维层包括二氧化硅纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的可变形隔热吸波材料，其特征在于，所述第一气凝胶增强体为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、铝-硅气凝胶、sioc气凝胶、siocn气凝胶中的一种或多种；优选的是，所述第一气凝胶增强体占所述可变形隔热吸波材料总质量的30～60％。

4.根据权利要求1所述的可变形隔热吸波材料，其特征在于，所述折纸结构为z型折纸结构、flasher折纸结构、miura折纸结构中至少一种。

5.一种权利要求1-4任一项所述的可变形隔热吸波材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述干燥之后还包括热解，优选的是，所述热解的温度为900～1200℃。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述第一气凝胶前驱体浸渍液包括将第一气凝胶前驱体、有机溶剂和催化剂；

8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述成型包括压制成型、挤压成型、半手工折叠成型中的至少一种；

9.一种蒙皮，其特征在于，所述蒙皮包括由外至内依次设置的抗冲刷层、隔热吸波层和阻气层，所述隔热吸波层为权利要求1-4任一项所述的可变形隔热吸波材料。

10.根据权利要求9所述的蒙皮，其特征在于，所述抗冲刷层包括纤维织物和第二气凝胶增强体，优选的是，所述第二气凝胶增强体为酚醛气凝胶；和/或

技术总结
本发明提供了一种耐高温柔性可变形隔热吸波材料、蒙皮及其制备方法，属于隔热材料技术领域，所述可变形隔热吸波材料包括具有折纸结构的纤维基体和第一气凝胶增强体；所述纤维基体包括碳化硅纤维层和氧化物陶瓷纤维层。本发明提供的可变形隔热材料尺寸及形状可调控，在高温和低温条件下均能够实现大尺度变形，同时具有隐身性能，可适应变体飞行器的外形变换，满足飞行器对隔热材料隐身性能的需求。

技术研发人员：徐宝升,史宝璐,谢龙,顾井峰
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19