CN104339786A - 一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材及其制备方法，该叠层结构芯材由红外反射屏和玻璃纤维毡交替叠层组成，所述红外反射屏和玻璃纤维毡通过耐高温胶粘剂连接，组成一个结构增强体。所述的玻璃纤维毡叠加层数为2～50层，表面可铺撒一定含量的隔热颗粒，颗粒粒径为0.1～50μm。各组分所占重量百分比分别为：玻璃纤维毡60～90％，隔热颗粒0～30％，红外反射屏15～30％，耐高温胶粘剂1～4％。本发明的优点在于不仅具有优异的隔热效果和吸收红外功能，还具有良好的结构强度和长久的使用寿命。该叠层结构芯材可用作航空航天、建筑、机械、热能等领域的隔热部件，也可以用于可重复使用航天器中的热防护系统中。

Description

一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种叠层结构芯材及其制备方法，特别是涉及一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材及其制备方法。

背景技术

随着航空、航天技术的发展，空间已成为维护国家安全和国家利益必须占据的“制高点”。发展高可靠性、能够快速反应的可重复使用航天器成为了我国军事国防力量中的一项重大课题。自上个世纪80年代航天飞机上天以来，航天飞机的设计已经历了三代。由于航天飞机在超声速和高超声速飞行过程中的气动载荷的影响，飞行器表面出现了很大的温升，破坏了飞行器的安全使用性能。因此，飞行器需采用重量轻且防热性能优良的热防护系统(TPS)解决气动加热问题。TPS是发展高超声速飞行器的关键性技术之一，而开发新型隔热材料是TPS中最为实用的途径。

在高温下，辐射传热占据着大部分的比重。降低辐射传热成为了目前国内外研究者的关注重点。玻璃纤维具有低密度和高的热稳定性(＞600℃)的特点，采用玻璃纤维制备的隔热芯材导热系数可低至0.03W/(m·K)，常应用于高温领域。然而，大多数的多孔介质不能完全挡住红外辐射电波，不能有效降低多孔介质中的辐射传热。在多孔介质间添加一些高反射率的材料，如金属粉末或金属箔类反射屏或碳/碳化硅薄板两面镀金(铂)的隔热屏来散射、反射和吸收红外辐射电波，大幅降低辐射传热。

马承银在公开号为CN101565552B的发明专利上公开了一种具有热反射与热辐射功能的隔热材料及其制备方法。隔热材料由高分子材料和隔热功能材料组成，其中，高分子材料的质量百分比为40～70％，隔热功能材料的质量百分比为60～30％。该发明的隔热材料的反射率与辐射率都大于80％，可用作各种遮阳工程的遮阳材料。

南通全技纺织涂层有限公司在公开号为CN201721077U的实用新型专利上公开了一种具有反射层、辐射层多重结构的隔热涂层织物。该织物由基布和涂覆在基布上的隔热浆料组成，其中，隔热浆料采用的是两层结构，一层具有辐射功能，另一层具有反射功能，紧贴于基布的上面涂覆有辐射层，辐射层的上面涂覆有反射层。

周新怀在公开号为CN102032418B的发明专利上公开了一种隔热保温材料。该材料由聚乙烯气泡层、铝箔层和/或编织布层或玻璃纤维层和/或保护层组成，不仅具有质轻、无尘、隔热、隔音、防潮、防震的功能，还具有光反射、热反射及防辐射等性能。

刘何在公开号为CN2664901的实用新型专利上公开了一种阻隔辐射能隔热复合材料。该复合材料具有层状结构，在对流传导隔层的一侧设有铝反射层和聚酯保护层，具有十分显著的阻隔热能的效果。

目前市场上所用的保温隔热材料对辐射的吸收作用有限，并且具有较低的结构强度。一旦将这些常规保温隔热材料运用在航天器中，不仅不能实现良好的隔热效果，高频的振动还会造成保温隔热材料结构坍塌，缩短了航天器的使用寿命。玻璃纤维芯材的强度取决于纤维的特性及成型过程中纤维间的相互交织力。玻璃纤维直径细小，拉伸强度高、刚性佳，多根玻璃纤维搭接在一起，赋予了玻璃纤维芯材高强的特性。另外，玻璃纤维可承受600℃以上的高温。因此，玻璃纤维芯材间交织的强度不会随着温度的上升而损失，可抵抗气动载荷对保温隔热材料的热冲击。另外，叠层结构的芯材隔热效果优异，可运用于航空航天、军工等高端防热领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的保温隔热材料强度低、隔热性能差等缺点，提供一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材及其制备方法，该叠层结构芯材可用作航空航天、建筑、机械、热能等领域的隔热部件，也可以用于可重复使用航天器中的热防护系统中。

为解决上述问题，本发明提供一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材，该叠层结构芯材由红外反射屏和玻璃纤维毡交替叠层组成，所述红外反射屏和玻璃纤维毡通过耐高温胶粘剂连接，组成一个结构增强体。所述的玻璃纤维毡叠加层数为2～50层。所述的玻璃纤维毡的面积大于或等于红外反射屏的面积。

另外，玻璃纤维毡表面也可铺撒一定含量的隔热颗粒。隔热颗粒主要起到增加红外反射屏与玻璃纤维毡间接触热阻和摩擦力的作用，既起到增加绝热性的目的，又起到增加结构强度的目的。所述的隔热颗粒为二氧化硅或二氧化钛或氧化镁或二氧化锡或三氧化二锑或氧化锌或氧化铝或三氧化二铁或二氧化锰或它们的组合，颗粒粒径为0.1～50μm。

一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材中的各组分所占重量百分比分别为：

所述的红外反射屏由单面镀铝有机薄膜或双面镀铝有机薄膜组成。其中，有机薄膜由聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜或OPP膜或CPP膜或尼龙膜或聚丙烯膜或聚乙烯膜组成。

本发明还提供一种上述具有吸收红外功能的叠层结构芯材的制作方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将玻璃纤维送入湿法毡生产机组进行打浆、混浆和成型处理，形成蓬松的、均匀分散的玻璃纤维毛坯毡；

(2)将隔热颗粒导入撒粉装置，在玻璃纤维毛坯毡表面铺撒一层均匀的隔热颗粒；

(3)进入烘箱烘干，烘箱长度10～30米，烘箱中心温度在250～400℃之间，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内，温度按照长度方向呈现中间高两边低的特征，烘干时间控制在10～20min之间；

(4)打开卧式上胶机，加热升温至80℃～150℃，在胶槽内注满胶液，并将玻璃纤维毡装在卧式上胶机上，与导引布连接；

(5)上胶开始，调整车速，使胶量符合要求：

(6)在玻璃纤维毡的上表面铺上一层红外反射屏，经压实、平整后得到上胶毡片；

(7)将上胶毡片熟化，待其熟化后，将上胶毡片送入压机内热压，温度控制在60℃～200℃，压力控制在10～20MPa，根据最终得到的叠层结构芯材的厚度，每毫米厚的毡板热压3～15分钟，制得叠层结构芯材。

与现有玻璃纤维芯材及其制作方法相比，本发明的优点在于：(1)所述的一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材中添加了有机薄膜作为基体，为颗粒状涂料提供了承载平台，防止了颗粒状无机物的溃散；(2)具有优异的吸收红外功能，可大幅降低高温下隔热芯材的辐射热传导；(3)在常温和高温下均具备良好的结构强度，可在大于或等于300℃下连续工作；(4)叠层结构的芯材具有优异的隔热效果；(5)使用寿命长，玻璃纤维粘结牢固，能够抵抗热流的多次侵袭。

具体实施方法

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材由10层玻璃纤维毡叠加而成，单层棉毡的厚度为1mm；红外反射屏选用单面镀铝聚酯薄膜；隔热颗粒选用二氧化硅颗粒。玻璃棉毡和单面镀铝聚酯薄膜的尺寸均为300mm×300mm。其中，玻璃纤维毡占重量百分比为75％，二氧化硅颗粒占重量百分比8％，单面镀铝聚酯薄膜占重量百分比为15％，耐高温胶粘剂占重量百分比为2％。

将玻璃纤维送入湿法毡生产机组进行打浆、混浆和成型处理，形成蓬松的、均匀分散的玻璃纤维毛坯毡；

将二氧化硅颗粒导入撒粉装置，在玻璃纤维毛坯毡表面铺撒一层均匀的二氧化硅颗粒；

进入烘箱烘干，烘箱长度30米，烘箱中心温度在300℃，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内，温度按照长度方向呈现中间高两边低的特征，烘干时间控制在20min；

打开卧式上胶机，加热升温至120℃，在胶槽内注满胶液，并将玻璃纤维毡装在卧式上胶机上，与导引布连接；

上胶开始，调整车速，使胶量符合要求；

在玻璃纤维毡的上表面铺上一层单面镀铝聚酯薄膜，经压实、平整后得到上胶毡片；

将上胶毡片熟化，待其熟化后，将上胶毡片送入压机内热压，温度控制在80℃，压力控制在20MPa，热压45分钟。最终，制备出10层，每层1mm厚的具有吸收红外功能的叠层结构芯材。

实施例2

一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材由15层玻璃纤维毡叠加而成，单层棉毡的厚度为0.6mm；红外反射屏选用单面镀铝聚酰亚胺薄膜；隔热颗粒选用二氧化钛颗粒。玻璃棉毡和单面镀铝聚酰亚胺薄膜的尺寸均为300mm×300mm。其中，玻璃纤维毡占重量百分比为66％，二氧化硅颗粒占重量百分比12％，单面镀铝聚酰亚胺薄膜占重量百分比为18％，耐高温胶粘剂占重量百分比为4％。

将玻璃纤维送入湿法毡生产机组进行打浆、混浆和成型处理，形成蓬松的、均匀分散的玻璃纤维毛坯毡；

将二氧化钛颗粒导入撒粉装置，在玻璃纤维毛坯毡表面铺撒一层均匀的二氧化钛颗粒；

进入烘箱烘干，烘箱长度30米，烘箱中心温度在320℃，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内，温度按照长度方向呈现中间高两边低的特征，烘干时间控制在20min；

打开卧式上胶机，加热升温至120℃，在胶槽内注满胶液，并将玻璃纤维毡装在卧式上胶机上，与导引布连接；

上胶开始，调整车速，使胶量符合要求；

在玻璃纤维毡的上表面铺上一层单面镀铝聚酰亚胺薄膜，经压实、平整后得到上胶毡片；

将上胶毡片熟化，待其熟化后，将上胶毡片送入压机内热压，温度控制在80℃，压力控制在20MPa，热压50分钟。最终，制备出15层，每层0.6mm厚的具有吸收红外功能的叠层结构芯材。

上述仅为本发明的几个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。

Claims (8)

1.一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材，其特征在于由红外反射屏和玻璃纤维毡交替叠层组成，所述红外反射屏和玻璃纤维毡通过耐高温胶粘剂连接，组成一个结构增强体。

2.根据权利要求1所述的叠层结构芯材，其特征在于所述的玻璃纤维毡叠加层数为2～50层。

3.根据权利要求1所述的叠层结构芯材，其特征在于所述的玻璃纤维毡的面积大于或等于红外反射屏的面积。

4.根据权利要求1所述的叠层结构芯材，其特征在于所述的玻璃纤维毡表面也可铺撒一定含量的隔热颗粒，所述的隔热颗粒为二氧化硅或二氧化钛或氧化镁或二氧化锡或三氧化二锑或氧化锌或氧化铝或三氧化二铁或二氧化锰或它们的组合，颗粒粒径为0.1～50μm。

5.根据权利要求1所述的叠层结构芯材，其特征在于所述的各组分所占重量百分比分别为：

6.根据权利要求1所述的叠层结构芯材，其特征在于所述的红外反射屏由单面镀铝有机薄膜或双面镀铝有机薄膜组成。

7.根据权利要求6所述的红外反射屏，其特征在于所述的有机薄膜由聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜或OPP膜或CPP膜或尼龙膜或聚丙烯膜或聚乙烯膜组成。

8.一种具有吸收红外功能的叠层结构芯材的制作方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将玻璃纤维送入湿法毡生产机组进行打浆、混浆和成型处理，形成蓬松的、均匀分散的玻璃纤维毛坯毡；

(2)将隔热颗粒导入撒粉装置，在玻璃纤维毛坯毡表面铺撒一层均匀的隔热颗粒；

(3)进入烘箱烘干，烘箱长度10～30米，烘箱中心温度在250～400℃之间，烘箱入口和烘箱出口半封闭，整个烘箱内，温度按照长度方向呈现中间高两边低的特征，烘干时间控制在10～20min之间；

(4)打开卧式上胶机，加热升温至80℃～150℃，在胶槽内注满胶液，并将玻璃纤维毡装在卧式上胶机上，与导引布连接；

(5)上胶开始，调整车速，使胶量符合要求；

(6)在玻璃纤维毡的上表面铺上一层红外反射屏，经压实、平整后得到上胶毡片；

(7)将上胶毡片熟化，待其熟化后，将上胶毡片送入压机内热压，温度控制在60℃～200℃，压力控制在10～20MPa，根据最终得到的叠层结构芯材的厚度，每毫米厚的毡板热压3～15分钟，制得叠层结构芯材。