CN104591767A - 高温相变隔热材料及其制备方法 - Google Patents

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陈玉峰
孙浩然
孙现凯
张峰
张世超
邓可为
李世新
方凯
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Abstract

本发明公开了一种高温相变隔热材料及其制备方法，其中高温相变隔热材料的原料由如下组分组成：耐高温基体材料20～79.5重量份；耐高温相变吸热材料20～79.5重量份；增强纤维0.5～60重量份。本发明的高温相变隔热材料具有耐温温度高，储热性能好的特点。

Description

高温相变隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及隔热材料技术领域，尤其涉及一种高温相变隔热材料及其制备方法。
背景技术
随着航空航天技术的迅猛发展，特别是可重复使用航天器、临近空间飞行器和高超声速飞行器等面向未来飞行器的快速发展，热防护系统和材料已成为制约飞行器研发能否成功的最重要的关键技术之一。随着飞行马赫数的不断提高，对热防护材料的使用温度的要求越来越高，工作时，燃烧室外壁的温度高达2200K以上，为了保护发动机金属壳体及其周边的电子设备，同时减少热量的散耗及其带来的明显的红外信号特征，燃烧室外壁采用超高温隔热材料进行热防护。
相变吸热材料在相变过程中吸收大量的热，因此相变吸热材料可以有效降低温度。但通常的相变材料的相变温度低，不适合在高温环境下使用。如石蜡的相变47-64℃，密度为0.9g/cm3，吸热能力为200-220J/g。并且只有单一的储热功能，不具备隔热性能。近年来研制了一些新型相变材料，如采用无机混合盐(KNO3-NaNO3)作为相变材料,膨胀石墨作为导热强化相,目标为制成导热系数为5～15W/(m·K)的相变储能复合材料，虽然具备一定的隔热性能，但储热能力差，储能密度为200kJ/kg。因此，现有相变储热材料存在功能单一，不具备隔热性能、不能耐高温、储热能力差等问题
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种高温相变隔热材料及其制备方法，主要目的是提高耐温温度，及储热性能。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种高温相变隔热材料，其原料由如下组分组成：
耐高温基体材料        20～79.5重量份
耐高温相变吸热材料    20～79.5重量份
增强纤维              0.5～60重量份。
作为优选，所述耐高温基体材料为氧化铝粉体、莫来石粉体或氧化锆粉体。
作为优选，所述耐高温基体材料为粉体，粒径范围为10-300nm。
作为优选，所述耐高温相变材料为氟化镁粉体、氟化镍粉体或氟化钠粉体。
作为优选，所述耐高温相变材料为粉体，粒径范围为10-300nm。
作为优选，所述增强纤维为短切纤维，纤维直径为1-20μm，长度为0.5-50mm。
作为优选，所述增强纤维为高硅氧纤维、石英纤维、莫来石纤维、或氧化铝纤维。
另一方面，本发明实施例提供了一种上述任一种高温相变隔热材料的制备方法，包括如下步骤：
将按比例称好的耐高温基体材料、增强纤维和耐高温相变材料加入去离子水混合打浆均匀，获得混合料；
将均匀的混合料，加入模具中，模压成形，得到湿坯；
模压成形后的湿坯常压干燥得到干坯，然后将干坯高温煅烧即得高温相变隔热材料。
作为优选，所述湿坯在常压50℃～250℃干燥，获得生坯；所述生坯在高温炉中400℃～800℃高温煅烧0.5～6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明实施例的高温相变吸热隔热材料的基体可耐1600℃高温。
2、本发明实施例的高温相变吸热隔热材料的高温相变吸热的温度比较高，在1200℃-1300℃，可用于航空航天热防护及工业余热回收等高温领域。
3、本发明实施例的高温相变吸热隔热材料吸热能力强，可达600-700J/g。
4、本发明实施例的高温相变吸热隔热材料的制备工艺简单，生产周期短。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
高温相变隔热材料，其原料由如下组分组成：
耐高温基体材料        20～79.5重量份
耐高温相变吸热材料    20～79.5重量份
增强纤维              0.5～60重量份。
本发明实施例的高温相变隔热材料通过适当比例的耐高温基体材料、耐高温相变吸热材料以及增强纤维即可获得骨架耐温温度高，相变温度高，储热能力强的隔热材料。
实施例1
粒径为10-300nm的氧化铝粉体20重量份，粒径为10-300nm的氟化镁粉体79.5重量份，石英纤维0.5重量份，其中石英纤维为短切纤维，纤维直径为1-20μm，长度为0.5-50mm；将按上述比例混合的原料与去离子水混合，在打浆机中打浆，充分混合均匀，得到均匀的混合料；将得到的混合料注入到模具中，采用压机压力成形，获得湿坯；将获得的湿坯常压50℃～250℃干燥，获得生坯；将获得的生坯在高温炉中400℃～800高温煅烧0.5～6h，即得到高温相变吸热隔热材料。
实施例2
与实施例1不同在于，莫来石粉体20重量份，氟化镍粉体20重量份，莫来石纤维60重量份。
实施例3
与实施例1不同在于，氧化锆粉体79.5重量份，氟化钠粉体20重量份，氧化铝纤维0.5重量份。
实施例4
与实施例1不同在于，氧化铝粉体20重量份，氟化镁粉体79.5重量份，短切高硅氧纤维0.5重量份。
实施例5
与实施例1不同在于，莫来石粉体49.5重量份，氟化镍粉体49.5重量份，氧化铝纤维1重量份。
实施例6
与实施例1不同在于，氧化锆粉体33重量份，氟化钠粉体65重量份，石英纤维2重量份。
实施例7
与实施例1不同在于，氧化铝粉体45重量份，氟化镁粉体20重量份，短切高硅氧纤维35重量份。
实施例8
与实施例1不同在于，氧化锆粉体40重量份，氟化钠粉体58重量份，石英纤维2重量份。
实施例9
与实施例1不同在于，莫来石粉体43重量份，氟化镁粉体55重量份，氧化铝纤维2重量份。
实施例10
与实施例1不同在于，氧化铝粉体40重量份，氟化镍粉体55重量份，石英纤维5重量份。
现有的相变材料的基体材料的耐温低，多在600℃以下，本发明实施例的基体耐温高在1600℃以上。本发明实施例的吸热能力强。本发明实施例的相变隔热材料，在相变物质在发生固液相转变之后，基体材料能成功的将液相封装，使其不能流出，保证相变材料的完整、有效。本发明实施例通过基体材料原料处理、成型工艺控制，获得结构均匀、孔径尺寸合适的材料，使相变物质均匀分散在基本的微孔之中。
参照GB/T17911.3-1999耐火陶瓷纤维制品体积密度试验方法，对本发明实施例的高温相变隔热材料及对比例进行性能测试，所得结果见下表1。其中对比例1为无机混合盐(KNO3-NaNO3)相变材料，对比例2为石蜡/陶粒相变材料。
表1
密度(g/cm3) 相变温度(℃) 吸热能力(J/g)
实施例1 1.2 1300 620
实施例2 1.3 1200 650
实施例3 1.1 1250 660
实施例4 1.6 1210 600
实施例5 1.5 1260 610
实施例6 1.1 1270 680
实施例7 1.2 1280 700
实施例8 1.4 1200 690
实施例9 1.5 1260 620
实施例10 1.6 1230 640
对比例1 1.8 52 160
对比例2 0.9 55 200
通过表1可以看出，制备的高温相变隔热材料，相变温度在1200℃-1300℃，基体最高耐温达到1600℃，密度在1.0-2.0g/cm3之间，吸热能力在600-700J/g。本发明制备高温相变材料的方法，生产周期短，工艺简单，成本低，易于实现大规模工业化生产。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.高温相变隔热材料，其特征在于，其原料由如下组分组成：
耐高温基体材料      20～79.5重量份
耐高温相变吸热材料  20～79.5重量份
增强纤维            0.5～60重量份。
2.根据权利要求1所述的高温相变隔热材料，其特征在于，所述耐高温基体材料为氧化铝粉体、莫来石粉体或氧化锆粉体。
3.根据权利要求1所述的高温相变隔热材料，其特征在于，所述耐高温基体材料为粉体，粒径范围为10-300nm。
4.根据权利要求1所述的高温相变隔热材料，其特征在于，所述耐高温相变材料为氟化镁粉体、氟化镍粉体或氟化钠粉体。
5.根据权利要求1所述的高温相变隔热材料，其特征在于，所述耐高温相变材料为粉体，粒径范围为10-300nm。
6.根据权利要求1所述的高温相变隔热材料，其特征在于，所述增强纤维为短切纤维，纤维直径为1-20μm，长度为0.5-50mm。
7.根据权利要求1所述的高温相变隔热材料，其特征在于，所述增强纤维为高硅氧纤维、石英纤维、莫来石纤维、或氧化铝纤维。
8.权利要求1-7任一项所述的高温相变隔热材料的制备方法，包括如下步骤：
将按比例称好的耐高温基体材料、增强纤维和耐高温相变材料加入去离子水混合打浆均匀，获得混合料；
将均匀的混合料，加入模具中，模压成形，得到湿坯；
模压成形后的湿坯常压干燥得到干坯，然后将干坯高温煅烧即得高温相变隔热材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述湿坯在常压50℃～250℃干燥，获得生坯；所述生坯在高温炉中400℃～800℃高温煅烧0.5～6h。
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