CN108977106B - 一种一体化隔热膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种一体化隔热膜及其制备方法。本发明首先公开了一种一体化隔热膜，包括反射屏及附着在反射屏上的间隔物。本发明进一步公开了上述一体化隔热膜的制备方法。本发明一体化隔热膜的间隔物采用中空微球辅助发泡技术在反射屏表面固化形成，使得间隔物具有密度低的特点，可减轻间隔物的重量的同时，还能实现间隔物高度在大范围内调控，通过选择具有不同间隔物高度的一体化隔热膜实现对隔热组件层密度的连续调控，还能大幅度降低隔热膜的面密度，为多层隔热组件的性能优化提供了可能。

Description

一种一体化隔热膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及隔热材料技术领域。更具体地，涉及一种一体化隔热膜及其制备方法。

背景技术

航天器受到太阳光的直接照射以及冷空间的热辐射，如不进行专门的热设计，航天器内部的温度可能在很宽的范围内波动。这对于航天器内设备的正常运转和生命体生命活动的进行造成了很大威胁。另一方面，对于深空探测而言，需要长距离、长时间的运行，这对于航天器的运行里程和燃料载荷提出了更高要求。所以为了保证航天器及其仪器设备的正常工作，必须对航天器进行专门的热设计。对于航天器和辅助航天器进行远距离运行的上面级而言，对其液态推进剂的低温贮箱采用绝热结构进行热控是降低推进剂蒸发，增大行驶里程的有效方法。

目前在役火箭所采用的隔热结构均可以满足短时间发射准备和飞行的需要，但随着人类的脚步迈向更深远的宇宙空间，火箭在太空环境下所运行的时间更长。为此，研究人员不断将新材料引入绝热结构的设计中，其中多层隔热结构(MLI)在太空环境下具有最低的热导率，是目前航天隔热材料研究的热点。MLI结构主要由具有高反射能力的反射材料(反射屏)和间隔层材料(间隔物)组成。施工过程中需要将反射屏和间隔物交替叠加，再进行缝合或其他方式的组合，得到具有一定单元数的多层隔热组件。对于MLI而言，通过增加反射屏的层数可以减小辐射传热的传热量，但反射屏层数的增加会导致层间物理接触的概率增加，从而导致固体传热量的增加。增加间隔物厚度可以减少固体传热的传热量，但间隔物厚度的增加会导致整体的隔热单元的面密度急剧上升，增大整个隔热组件的重量。鉴于此，为了在增强隔热效果的同时降低隔热组件密度，可使用变层密度的MLI。对于变层密度的MLI而言，实现方法通常为增大间隔物层的厚度，或将多层间隔物复合使用。这类变层密度MLI的实现过程存在面密度高、施工复杂等缺点。另外，由于传统意义上的间隔物(聚合物网)具有较高的弹性，在有力学载荷的情况下厚度会变化，导致间隔层相应的密度变化，使间隔效果变差。

因此，需要提供一种将反射屏与间隔物合二为一，且间隔物高度可控的一体化隔热膜。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种一体化隔热膜，使隔热膜的间隔物附着在反射屏上，且间隔物高度可控，克服传统多层隔热组件中的反射屏与间隔物分体式结构，以及由此导致的间隔层厚度调控工艺复杂、间隔层面密度大等缺点。

本发明的第二个目的在于提供一种上述一体化隔热膜的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种包含上述一体化隔热膜的隔热组件。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种一体化隔热膜，包括反射屏及附着在反射屏上的间隔物。

进一步，所述间隔物包含中空微球和胶黏剂；优选的，所述中空微球与胶黏剂的质量比为1:100-2:1，更优选的，所述中空微球与胶黏剂的质量比为1:20-1:1。

进一步，所述中空微球选自中空玻璃微球、中空陶瓷微球、聚合物中空微球、氧化硅中空微球中的一种或多种的混合物。

在本发明中所述胶黏剂可以为有机胶黏剂或无机胶黏剂，可以通过市售购买获得，也可以通过常规方法制备获得。具体的，所述胶黏剂中均包含粘料，进一步还包含固化剂和/或稀释剂，本领域人员根据需要还可以加入一些助剂，如多元胺、酸酐、促进剂、纳米碳酸钙、异氰酸酯、丙烯酸酯、纳米二氧化钛、稀释剂、丁腈橡胶、硅烷偶联剂中的一种或多种；其中，有机胶黏剂粘料选自聚苯乙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚丙烯酸、聚氨酯树脂、脲醛树脂、聚酰胺、聚脲、聚碳酸酯中的一种或多种的混合物；无机胶黏剂粘料选自磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、硫酸盐、金属氧化物中的一种或多种的混合物。

进一步，所述间隔物还包含发泡剂；所述中空微球与发泡剂的质量比为100:1～10:1。

进一步，所述间隔物的高度为0.01-10mm，优选的为0.05-5mm。

进一步，间隔物在反射屏上的排布结构为线状结构、网状结构、点阵状结构中一种或几种的组合；

优选的，所述线状结构选自直线、折线、波浪线中一种或多种的组合，可以为连续的线段或间断的线段；

优选的，所述网状结构的网眼结构选自圆形、三角形、多边形中一种或多种的组合；

优选的，所述点阵状结构的点阵构成单元选自圆点、一字形、十字形、三角形、多边形、圆圈形、三角框、多边形框中一种或多种的组合。

进一步，所述间隔物为附着在反射屏的一面或两面。

进一步，所述反射屏选自铝箔、金箔、银箔、铜箔、镍箔、镀金属聚合物膜中一种；优选的，所述铝箔、金箔、银箔、铜箔、镍箔的厚度为15-200微米；所述镀金属聚合物膜为厚度5-50微米的双面或单面镀金属聚合物膜。

本发明还提供了上述一体化隔热膜的制备方法，包括以下步骤：将间隔物排布到反射屏上，固化，得到在反射屏表面附着间隔物的一体化隔热膜。

进一步，所述排布的方式选自3D打印、丝网印刷、辊涂、喷涂、刮涂、点涂、漏印中一种或多种的组合。

本发明进一步提供了一种包含上述一体化隔热膜的隔热组件。

本发明的有益效果如下：

1、本发明一体化隔热膜中间隔物附着在反射屏上，使隔热膜具有更稳定的结构，可保证在振动、安装或其他外力作用下隔热膜的稳定性。

2、本发明一体化隔热膜的间隔物采用中空微球辅助发泡技术在反射屏表面固化形成，使得间隔物具有密度低的特点(间隔物自身密度0.6-0.9g/cm³)，可减轻间隔物重量的同时，还能实现间隔物高度在大范围内调控，通过选择具有不同高度间隔物的一体化隔热膜实现对隔热组件层密度的连续调控，为多层隔热组件的性能优化提供了可能。

3、本发明一体化隔热膜可直接通过将所需层数的隔热膜叠加缝合得到多层隔热组件，改变了传统的一层反射屏加一层或多层间隔物所构成的隔热单元，在简化隔热组件施工工艺的同时，降低了隔热单元的面密度。以与传统的涤纶网间隔物对比为例，为实现2mm的间隔层厚度，需20层间隔物，每个隔热单元面密度约为220g，而采用本发明的一体化隔热膜的面密度为138g，面密度降幅超过30％。

4、本发明一体化隔热膜在用于制备隔热组件时，可直接按选定特定厚度的间隔物的隔热膜直接叠合施工，相对于通过调控间隔物的铺叠层数来调控层密度的方式，可大幅降低总铺叠层数，简化了施工工艺。

5、本发明一体化隔热膜中间隔层和反射屏合二为一，在进行多层隔热组件的搭接时可显著提高效率，省时省力。

6、本发明一体化隔热膜对于降低航天器和运载火箭上面级低温液体储罐热控材料的密度、提高航天器有效载荷、提高运行里程、延长服役寿命有着重要意义。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出实施例13所制备的隔热膜的照片。

图2示出实施例15所制备的隔热膜的照片。

图3示出实施例20所制备的隔热膜的照片。

图4示出实施例20所制备的隔热膜的间隔物内部结构显微图像。

图5示出实施例23所制备的隔热膜的照片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

第一方面，本发明提供了一种一体化隔热膜，包括反射屏及附着在反射屏上的间隔物。

本发明隔热膜中间隔层和反射屏合二为一，使隔热膜具有更稳定的结构，可保证在振动、安装或其他外力作用下隔热膜的稳定性，一方面可直接通过将所需层数的隔热膜叠加缝合得到多层隔热组件，改变了传统的一层反射屏加一层或多层间隔物所构成的隔热单元，在简化隔热组件施工工艺的同时，降低了隔热单元的面密度；另一方面，在进行多层隔热组件的搭接时可显著提高效率，省时省力。

进一步，所述间隔物包含中空微球和胶黏剂；优选的，所述中空微球与胶黏剂的质量比为1:100-2:1，更优选的，所述中空微球与胶黏剂的质量比为1:20-1:1。例如，中空微球与胶黏剂的质量比可以为1:100、1:90、1:80、1:70、1:60、1:50、1:40、1:20、1:10、1:5、1:1、2:1等等。中空微球与胶黏剂质量对隔热膜的面密度具有重要影响；同时胶黏剂的量越多，间隔物与放射屏的粘结强度越大。

进一步，所述中空微球选自中空玻璃微球、中空陶瓷微球、聚合物中空微球、氧化硅中空微球中的一种或多种的混合物。

在本发明中所述胶黏剂可以为有机胶黏剂或无机胶黏剂，可以通过市售购买获得，也可以通过常规方法制备获得。具体的，所述胶黏剂中均包含粘料，进一步还包含固化剂和/或稀释剂，本领域人员根据需要还可以加入一些助剂，例如多元胺、酸酐、促进剂、纳米碳酸钙、异氰酸酯、丙烯酸酯、纳米二氧化钛、稀释剂、丁腈橡胶、硅烷偶联剂中的一种或多种；其中，有机胶黏剂粘料选自聚苯乙烯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚丙烯酸、聚氨酯树脂、脲醛树脂、聚酰胺、聚脲、聚碳酸酯中的一种或多种的混合物；无机胶黏剂粘料选自磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、硫酸盐、金属氧化物中的一种或多种的混合物。

进一步，所述间隔物还包含发泡剂；所述中空微球与发泡剂的质量比为100:1～10:1；例如可以为100:1、90:1、80:1、70:1、60:1、50:1、40:1、30:1、20:1、10:1；当发泡剂过多，间隔物中的气泡太大，间隔物力学性能变差，无法起到支撑反射屏的作用，发泡剂太少，间隔物中没有发泡，会影响间隔物的面密度。

本发明一体化隔热膜的间隔物中加入气泡剂，使得中空微球辅助发泡技术在反射屏表面固化形成间隔物，进一步降低了间隔物的密度，减轻间隔物重量，也避免了传统隔热单元中因间隔物的高度增加重量成比例增大的问题，实现间隔物高度在大范围内调控，通过选择具有不同间隔物高度的一体化隔热膜实现对隔热组件层密度的连续调控，为多层隔热组件的性能优化提供了可能。

进一步，所述间隔物的高度为0.01-10mm，优选的为0.05-5mm。例如可以为0.01mm、0.03mm、0.05mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm等等。

进一步，间隔物在反射屏上的排布结构为线状结构、网状结构、点阵状结构中一种或几种的组合；

优选的，所述线状结构选自直线、折线、波浪线中一种或多种的组合，可以为连续的线段或间断的线段；

优选的，所述网状结构的网眼结构选自圆形、三角形、多边形中一种或多种的组合；

优选的，所述点阵状结构的点阵构成单元选自圆点、一字形、十字形、三角形、多边形、圆圈形、三角框、多边形框中一种或多种的组合。

进一步，所述间隔物为附着在反射屏的一面或两面。本领域人员可以理解的是，为满足实际需要间隔物可以附着在反射屏的上下两面。

进一步，所述反射屏选自铝箔、金箔、银箔、铜箔、镍箔、镀金属聚合物膜中一种；优选的，所述铝箔、金箔、银箔、铜箔、镍箔的厚度为15-200微米；所述镀金属聚合物膜为厚度5-50微米的双面或单面镀金属聚合物膜，例如可以为双面镀铝聚酰亚胺膜、双面镀铝涤纶膜、双面镀铝聚酰亚胺膜、双面镀铝聚酯膜等等。

第二方面，本发明还提供了上述一体化隔热膜的制备方法，包括以下步骤：将间隔物排布到反射屏上，固化，得到在反射屏表面附着间隔物的一体化隔热膜。

进一步，所述排布的方式选自3D打印、丝网印刷、辊涂、喷涂、刮涂、点胶、漏印中一种或多种的组合。

本发明中进一步可通过调控印刷网版的尺寸和厚度或设备的工作程序设置来控制间隔物的转移量，对间隔层高度进行调控。

具体的，一体化隔热膜的制备方法，包括以下步骤：

1)反射屏表面吹扫除尘，再用清洗剂清洗以除去反射屏表面的污染物，晾干或烘干；

2)将间隔物排布到反射屏上，固化，干燥，收集，即得一体化隔热膜。

其中，隔热膜的收集可以在间隔物充分固化后进行，也可以在间隔物表面硬化后收集，然后再集中进行固化。

对于双面附着间隔物的隔热膜，可以在一面的间隔物固化后，利用同样的方法进行另一面的间隔物附着。

第三方面，本发明进一步提供了一种包含上述一体化隔热膜的隔热组件。

所述隔热组件根据实际需要通过现有技术常规方法制备即可。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

本实施例一体化隔热膜的间隔物的排布结构为圆点点阵结构，间隔物为中空玻璃微球，其粒度为20～80μm；反射屏为双面镀铝PET膜，其厚度为6μm。

本实施例的间隔层高度可控的一体化隔热膜的制备步骤如下：

首先，用无水乙醇或丙酮清洗反射屏表面，除去反射屏表面的油脂和灰尘，并将反射屏固定在光滑的操作台上。

其次，将中空玻璃微球与聚氨酯胶黏剂按质量比1:5混合，得到料浆。

再次，将料浆置于模具上，用刮涂方式将料浆排布到反射屏表面上，固化。

最后，用蒸馏水清洗，除去多余的中空玻璃微球及灰尘，并放入真空干燥箱中去除水分和间隔物内的残余气体，即得一体化隔热膜。

取上述隔热膜，裁剪出200mm×200mm的小块，10层叠加在一起，用棉线将该10层的隔热膜缝合起来，将缝合后的隔热被外层包裹一层F46膜，用胶带固定，制作成隔热组件(实际应用中，还可按需要加入热电偶、防静电装置、表面打孔等)。所得隔热组件比相同厚度的传统组件重量减轻比例31％。

实施例2

本实施例一体化隔热膜的间隔物的排布结构为十字点阵结构，间隔物为中空玻璃微球，其粒度为20～80μm；反射屏为双面镀铝PET膜，其厚度为19μm。

本实施例的间隔层高度可控的一体化隔热膜的制备步骤如下：

首先，按照丝印机操作顺序将反射屏固定在丝印机上，经过除静电、除尘辊后，用乙醇或丙酮清洗反射屏表面，将网框固定在丝印机上，设置好丝印机各参数。

其次，将中空玻璃微球与环氧胶黏剂按质量比为3:10混合得到料浆。

再次，将料浆置于网框刮刀一侧，启动丝印机，将料浆排布到反射屏表面上，固化，收卷机收卷。

最后，将固化收卷后的隔热膜放入真空干燥箱，除去间隔物内的残余气体，即得一体化隔热膜。

取上述隔热膜，缠绕到直径为100mm的铜管上，记住起点位置，缠绕10圈，用胶带固定。外层包裹一层F46膜，同样用胶带固定，制作成隔热组件(实际应用中，还可按需要加入热电偶、防静电装置、表面打孔等)。所得隔热组件比相同厚度的传统组件重量减轻比例23％。

实施例3

本实施例一体化隔热膜的间隔物的排布结构为一字点阵结构，间隔物为中空聚合物微球，其粒度为20～80μm；反射屏为铝箔，其厚度为20μm；胶黏剂为聚氨酯胶黏剂。

本实施例的间隔层高度可控的一体化隔热膜的制备步骤如下：

首先，按照3D打印机操作顺序将反射屏固定在3D打印机印台上，经过除静电、除尘辊后，用乙醇或丙酮清洗反射屏表面，依据设计好的排布结构设置好3D打印机各参数。

其次，将中空聚合物微球与聚氨酯胶黏剂按质量比为1:10混合，再加入发泡剂(所述中空聚合物微球与发泡剂的质量比为100:1)得到料浆。

再次，将料浆倒入3D打印机进料桶内，启动3D打印机，将料浆排布到反射屏表面上，停止机器，固化，收卷机收卷。

最后，将固化收卷后的隔热膜放入真空干燥箱，除去间隔物内的残余气体，即得一体化隔热膜。

取上述隔热膜，和涤纶网叠加在一起，涤纶网在靠近铜管的一面，共同缠绕到直径为100mm的铜管上，记住起点位置，缠绕10圈，用胶带固定。外层包裹一层F46膜，同样用胶带固定，制作成隔热组件(实际应用中，还可按需要加入热电偶、防静电装置、表面打孔等)。所得隔热组件比相同厚度的传统组件重量减轻比例43％。

实施例4

本实施例一体化隔热膜的间隔物的排布结构为折线结构，间隔物为中空聚合物微球，其粒度为20～80μm；反射屏材料为双面镀铝聚酯膜，其厚度为30μm；胶黏剂为聚氨酯胶黏剂。

本实施例的间隔层高度可控的一体化隔热膜的制备步骤如下：

首先，按照3D打印机操作顺序将反射屏固定在3D打印机印台上，用乙醇或丙酮清洗反射屏表面，依据设计好的排布结构设置好3D打印机各参数。

其次，将中空聚合物微球与聚氨酯胶黏剂按质量比为1:20混合，再加入发泡剂(所述中空聚合物微球与发泡剂的质量比为10:1)，混合均匀，得到料浆。

再次，将料浆倒入3D打印机进料桶内，启动3D打印机，将料浆排布到反射屏表面上，停止机器，固化；

然后，再次启动3D打印机，用同样比例的料浆对隔热膜未排布的一面进行3D打印，固化，收卷机收卷。

最后，将固化收卷后的隔热膜放入真空干燥箱，除去间隔物内的残余气体，即得一体化隔热膜。

取上述隔热膜，裁剪出200mm×200mm的小块，将涤纶网裁成同样大小的小块，将隔热膜与涤纶网各10层交替叠加在一起，用棉线将该20层的隔热膜缝合起来，将缝合后的隔热被外层包裹一层F46膜，用胶带固定，制作成隔热组件(实际应用中，还可按需要加入热电偶、防静电装置、表面打孔等)。所得隔热组件比相同厚度的传统组件重量减轻比例32％。

实施例5-12

具体实施步骤按实施例1进行，具体区别条件如表1所示：

表1隔热膜制备条件变化表

实施例14-19

具体实施步骤按实施例2进行，具体区别条件如表2所示：

表2隔热膜制备条件变化表

实施例20-25

具体实施步骤按实施例3进行，具体区别条件如表3所示：

表3隔热膜制备条件变化表

实施例26-31

具体实施步骤按实施例4进行，具体区别条件如表4所示：

表4隔热膜制备条件变化表

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (14)

1.一种一体化隔热膜，其特征在于，所述一体化隔热膜包括反射屏及附着在反射屏上的间隔物；

所述间隔物包含中空微球和胶黏剂；

所述间隔物在反射屏上的排布结构为线状结构、网状结构、点阵状结构中一种或几种的组合。

2.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述中空微球与胶黏剂的质量比为1:100-2:1。

3.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述中空微球与胶黏剂的质量比为1:20-1:1。

4.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述中空微球选自中空玻璃微球、中空陶瓷微球、聚合物中空微球、氧化硅中空微球中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述间隔物还包含发泡剂。

6.根据权利要求5所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述中空微球与发泡剂的质量比为100:1~10:1。

7.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述间隔物的高度为0.01-10mm。

8.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述间隔物的高度为0.05-5mm。

9.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述反射屏选自铝箔、金箔、银箔、铜箔、镍箔、镀金属聚合物膜中一种。

10.根据权利要求9所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述铝箔、金箔、银箔、铜箔、镍箔的厚度为15-200微米；所述镀金属聚合物膜为厚度5-50微米的双面或单面镀金属聚合物膜。

11.根据权利要求1所述的一体化隔热膜，其特征在于，所述间隔物为附着在反射屏的一面或两面。

12.一种如权利要求1-11任一所述的一体化隔热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将间隔物排布到反射屏上，固化，得到在反射屏表面附着间隔物的一体化隔热膜。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述排布的方式选自3D打印、丝网印刷、辊涂、喷涂、刮涂、点涂、漏印中一种或多种的组合。

14.一种包含如权利要求1-11任一所述一体化隔热膜的隔热组件。

Images