CN105020540A - 一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡及其制备方法，该复合隔热毡由空心微珠、玻璃纤维和耐高温粘合剂组成，所述的空心微珠均匀地填充在玻璃纤维搭接的三维立体空间内，通过耐高温粘合剂的粘结作用形成一个纳米孔道结构的隔热毡体。所述的玻璃纤维直径为0.1～4μm；所述的空心微珠的粒径在500～10000目之间；所述的耐高温粘合剂采用无机胶粘剂。各组分所占重量百分比分别为：玻璃纤维60～90％，空心微珠0～30％，耐高温粘合剂10～25％。本发明的优点在于所述的复合隔热毡具有优异的吸收红外功能，在常温和高温下均具备良好的结构强度和优异的耐热及尺寸稳定性，能够抵抗热流的多次侵袭。

Description

一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合隔热毡及其制备方法，特别是涉及一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡及其制备方法。

背景技术

目前，世界上各种航天器基本上采用一次性使用的运载火箭发射，具有使用成本高昂的特点。迄今为止，只有美国航天飞机可以实现部分重复使用。因此，各国政府部门和军事机构必须花费大量的资金进行卫星发射。从长远来看，实现航天运载器的可重复使用是降低航天运输成本、提高运载能力和发射频度的必由之路。

航天器需要以十几倍音速的速度穿过大气层，可产生高达上千度的热量。因而，航天器上必须安装热防护系统(TPS)以减少气动热量进入机体内部，保护内部控制系统、电子系统和能源系统正常运转。一般来说，TPS包括辐射蒙皮、高温隔热材料和本体结构三大部分。众所周知，宇宙中存在着大量的电磁波和紫外线，航天器势必会受到各种恶性因素的影响。由于航天器工作环境的特殊性，TPS中的高温隔热材料必须满足质轻、高效绝热、可靠性高、屏蔽性高和耐老化的特点。无机纤维隔热材料结构疏松，气孔率高，能有效防止热气流的传导和对流。通过对不同成分纤维材料的复合，可以制备出适用于不同部位、温降要求各异的热防护材料。玻璃纤维耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高、隔热性能优异，已日益成为TPS中最具发展潜力的隔热材料。采用无纺工艺将玻璃纤维制成柔性或刚性的毡类材料，可起到优异的隔热效果。高温下，热辐射占着热传递的绝大部分的比例。最大程度地降低高温隔热材料中的热辐射成为了国内外科研工作者们关注的重点。

中国发明专利ZL200910178894.2公开了一种包括聚乙烯气泡层、铝箔层、编织布层或玻璃纤维层和/或保护层的隔热保温材料。该材料质轻、无尘，具有隔热、隔音、防潮、防震的功能，同时具备光反射、热反射及防辐射等性能。

中国发明专利ZL200610045857.0公开了一种含有树脂35～60％、浸润处理过的玻璃纤维35～60％和助剂0.5～5％的连续纤维增强热塑性复合材料。该复合材料可以在高温、高湿、辐射等恶劣条件下长期使用。

中国发明专利ZL200910272199.2公开了一种由干法成型技术制备的由纳米SiO₂粉末40～80％、红外遮光剂5～40％和增强纤维0～25％混合而成的高温管道用高效隔热材料。该隔热材料可通过微观结构设计，对导热、对流及高温下的辐射传热进行充分抑制，使材料在使用温度下导热系数低于静止空气的导热系数。

中国发明专利ZL200810045434.8公开了一种复合多功能片材及其制作工艺。该片材具有四层结构，由铝箔、基材、玻璃纤维和聚氨酯泡沫构成。该复合多功能片材隔音、保温、隔热、抗光辐射和热辐射性能好，具有成本低、制备工艺简单等优点。

航空航天材料必须具备承载和防热的双重功能。然而，传统的玻璃纤维毡柔软，不能用作结构部件。另外，玻璃纤维毡对辐射的吸收作用有限。因而，唯有对玻璃纤维毡进行成分设计和结构优化才能满足其作为TPS芯材在隔热方面上的苛刻要求。纳米孔绝热材料是基于低密度和超级细孔(小于50nm)的特点，可吸收和反射各种波长红外光。空心微珠是一种空心、内含负压气体的微小玻璃体，具有抗压强度高、耐火度高、耐腐蚀率高、导热系数低和热收缩系数小的特性，被誉为空间时代材料。将玻璃纤维和空心微珠进行特殊复合工艺，并进行一体化设计制得一种纳米孔的复合材料隔热毡，能够最大程度地发挥玻璃纤维和空心微珠的优势，弥补缺陷，起到高效隔热的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的高温隔热材料隔热性能差和结构强度低等缺点，提供一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡及其制备方法，该复合隔热毡可用作航空航天、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TPS中。

为解决上述问题，本发明提供一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡，由空心微珠、玻璃纤维和耐高温粘合剂组成，其特征在于空心微珠均匀地填充在玻璃纤维搭接的三维立体空间内，通过耐高温粘合剂的粘结作用形成一个纳米孔道结构的隔热毡体。

在玻璃纤维组成的三维空间结构中填充一定含量的多孔性不透明的空心微珠，可大幅增加材料内部黑色屏，达到降低热辐射的目的。另外，空心微珠的传热途经曲折，既可减少辐射热，又能增加热桥的热阻。复合隔热毡内部的孔隙被进一步地被空心微珠所分割，得到一种纳米孔绝热材料，具有结构致密、结构强度高的特点，可在高真空度的环境下长期服役。

所述的一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的玻璃纤维直径为0.1～4μm。

所述的一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的空心微珠的粒径在500～10000目之间。

所述的一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的耐高温粘合剂采用无机胶粘剂。

所述的一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的各组分所占重量百分比分别为：

玻璃纤维      60～90％

空心微珠      0～30％

耐高温粘合剂  10～25％。

为了解决上述问题，本发明还提供一种上述空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡的制作方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将玻璃纤维进行脱脂、水洗、中和和活化处理，形成表面粗糙的玻璃纤维；

(2)取适量耐高温粘合剂，在其中添加无水乙醇，并进行稀释处理，粘合剂重量占无水乙醇重量的1％～10％；

(3)取适量的玻璃纤维和空心微珠，送入配有稀释后的耐高温粘合剂的打浆池中，进行机械打浆和超声分散处理，形成均匀分散的玻璃纤维复合浆料；

(4)将步骤(3)制得的浆料倒入模具中，通过真空吸附方法脱去水分，真空度控制在-0.01MPa～-0.09MPa，吸附时间控制在5min～60min，形成湿的毡坯；

(5)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；

(6)用表面光滑的金属压板在毡坯表面均匀地施加压力，使毡坯的厚度均匀一致。

与现有玻璃纤维隔热毡及其制作方法相比，本发明的优点在于：(1)所述的一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合芯材具有优异的吸收红外功能，可大幅降低高温下毡体的辐射热传导；(2)在常温和高温下均具备良好的结构强度，可在大于或等于400℃下连续工作；(3)优异的耐热及尺寸稳定性，可在600℃的高温环境下安全使用；(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

将玻璃纤维进行脱脂、水洗、中和和活化处理，形成表面粗糙的玻璃纤维；

取10份耐高温粘合剂，在其中添加无水乙醇，并进行稀释处理，粘合剂重量占无水乙醇重量的8％；

取65份玻璃纤维和25份空心微珠，送入配有稀释后的耐高温粘合剂的打浆池中，进行机械打浆和超声分散处理，形成均匀分散的玻璃纤维复合浆料；

将浆料倒入模具中，通过真空吸附方法脱去水分，真空度控制在-0.03MPa，吸附时间控制在40min，形成湿的毡坯；

进入烘箱烘干，烘箱长度25米，烘箱中心温度在350℃，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；

用表面光滑的金属压板在毡坯表面均匀地施加压力，使毡坯的厚度均匀一致。

实施例2

将玻璃纤维进行脱脂、水洗、中和和活化处理，形成表面粗糙的玻璃纤维；

取15份耐高温粘合剂，在其中添加无水乙醇，并进行稀释处理，粘合剂重量占无水乙醇重量的8％；

取62份玻璃纤维和23份空心微珠，送入配有稀释后的耐高温粘合剂的打浆池中，进行机械打浆和超声分散处理，形成均匀分散的玻璃纤维复合浆料；

将浆料倒入模具中，通过真空吸附方法脱去水分，真空度控制在-0.04MPa，吸附时间控制在50min，形成湿的毡坯；

进入烘箱烘干，烘箱长度25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30min；

用表面光滑的金属压板在毡坯表面均匀地施加压力，使毡坯的厚度均匀一致。

实施例3

将玻璃纤维进行脱脂、水洗、中和和活化处理，形成表面粗糙的玻璃纤维；

取20份耐高温粘合剂，在其中添加无水乙醇，并进行稀释处理，粘合剂重量占无水乙醇重量的8％；

取60份玻璃纤维和20份空心微珠，送入配有稀释后的耐高温粘合剂的打浆池中，进行机械打浆和超声分散处理，形成均匀分散的玻璃纤维复合浆料；

将浆料倒入模具中，通过真空吸附方法脱去水分，真空度控制在-0.01MPa，吸附时间控制在35min，形成湿的毡坯；

进入烘箱烘干，烘箱长度30米，烘箱中心温度在300℃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30min；

用表面光滑的金属压板在毡坯表面均匀地施加压力，使毡坯的厚度均匀一致。

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 (6)

1.一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡，由空心微珠、玻璃纤维和耐高温粘合剂组成，其特征在于空心微珠均匀地填充在玻璃纤维搭接的三维立体空间内，通过耐高温粘合剂的粘结作用形成一个纳米孔道结构的隔热毡体。

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的玻璃纤维直径为0.1～4μm。

3.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的空心微珠的粒径在500～10000目之间。

4.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的耐高温粘合剂采用无机胶粘剂。

5.根据权利要求1所述的玻璃纤维复合隔热毡，其特征在于所述的各组分所占重量百分比分别为：

玻璃纤维      60～90％

空心微珠      0～30％

耐高温粘合剂  10～25％。

6.一种空心微珠为基核的玻璃纤维复合隔热毡的制作方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)将玻璃纤维进行脱脂、水洗、中和和活化处理，形成表面粗糙的玻璃纤维；

(2)取适量耐高温粘合剂，在其中添加无水乙醇，并进行稀释处理，粘合剂重量占无水乙醇重量的1％～10％；

(3)取适量的玻璃纤维和空心微珠，送入配有稀释后的耐高温粘合剂的打浆池中，进行机械打浆和超声分散处理，形成均匀分散的玻璃纤维复合浆料；

(4)将步骤(3)制得的浆料倒入模具中，通过真空吸附方法脱去水分，真空度控制在-0.01MPa～-0.09MPa，吸附时间控制在5min60min，形成湿的毡坯；

(5)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；

(6)用表面光滑的金属压板在毡坯表面均匀地施加压力，使毡坯的厚度均匀一致。