CN109397775A - 一种高隔热性热防护复合材料 - Google Patents

一种高隔热性热防护复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种高隔热性热防护复合材料，由金属反射层、纤维织物层、低导热系数涂料层、有机柔性层按照从面到里的顺序复合而成。本发明主要针对高于(650℃)环境，低温(‑100℃)环境的或其他‑100℃‑650℃范围的热防护。依据对隔热材料本身性能和传热关系的分析，本发明采用由反射层与间隔热材料组合的柔性多层隔热材料的结构；从而实现减重，柔性，高效的热防护效果。

Description

一种高隔热性热防护复合材料
技术领域
本发明涉及功能性材料领域，特别是涉及一种高隔热性热防护复合材料。
背景技术
在一些工业及生活应用场景之中，特别在一些极端温度的环境当中，需要 提供相应的热防护。现有技术所提供的隔热防护材料存在以下缺陷：
1.材料质地较硬且较重，不易后期加工；
2.热防护温度范围有限，不能为一些极端温度环境提供好的热防护功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高隔热性热防护复合材料，以克服现有技术的上 述缺陷。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高隔热性热防护复合材料，由金属反射层、纤维织物层、低导热系数 涂料层、有机柔性层按照从面到里的顺序复合而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的金属反射层从面到里由金属反射箔、 聚酰亚胺胶粘剂层和聚酰亚胺半处理的聚酰胺酸树脂层复合而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的金属反射层的厚度在300μm-400μ m。
在本发明的一个优选实施例中，所述的金属反射箔的厚度为 0.004mm-0.008mm。
在本发明的一个优选实施例中，所述的聚酰亚胺胶粘剂层的厚度为100μ m-150μm，导热系数为0.09-0.15。
在本发明的一个优选实施例中，所述的聚酰亚胺半处理的聚酰胺酸树脂层 在完全亚胺化过程中有水生成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的纤维织物层由至少一层石英纤维织 物层或/和至少一层氧化陶瓷纤维织物层复合而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的纤维织物层的导热系数为0.03-0.05。
在本发明的一个优选实施例中，所述的石英纤维织物层采用耐温1500℃以 上的石英纤维编织而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的氧化陶瓷纤维织物层采用耐温在 1800℃-2000℃编织而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的低导热系数涂料层从面到里由高分 子防热密封层、多孔发泡层、纤维层复合而成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的高分子防热密封层由氟硅复合材料 制成。
在本发明的一个优选实施例中，所述的纤维层为玻璃纤维层或石英纤维层。
在本发明的一个优选实施例中，所述的有机柔性层从面到里由气凝胶层、 有机柔性纤维层复合而成。
本发明提供的一种高隔热性热防护复合材料，其主要创新点在于：
1.第一层可以增强对热辐射层的反射功能；热反射效率可达70％；聚酰亚 胺层可熔融热焓非常大，导热系数在(0.1-0.15左右)；半处理的聚酰亚胺在 完全亚胺化的过程中有水生成，水分蒸发能带走大量的热量；
2.第二层纤维织物，可以改变各层之间的接触热阻，从而改善材料的隔热 性能；增加防热材料强度；同时低的导热系数，可以延缓热量的向内传导；
3.第三层利用化学学发泡剂物造海绵材料；主要利用发泡层阻隔热流的渗 透；底部的纤维层起补强支撑作用；
4.第四层主要利用气凝胶的纳米孔径多反应；本层底部的纤维层主要针对 垂直作用隔热；弹性防震，保护仪器、仪表；同时防止仪器、仪表的尖角损 坏防垫层。
附图说明
图1为本发明的高隔热性热防护复合材料的结构示意图。
图2为本发明的金属反射层的结构示意图。
图3为本发明的低导热系数涂料层的结构示意图。
图4为本发明的有机柔性层的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明，并不是对本发明方案的限制，任何 依据本发明方案作出的形式而非实质的变化都应当视为本发明公开的技术内 容范畴。：
参见图1，图中所示的一种高隔热性热防护复合材料，由金属反射层100、 纤维织物层200、低导热系数涂料层300、有机柔性层400按照从面到里的顺 序复合而成。
本发明高隔热性热防护复合材料的设计原理如下：
1、在多层绝热材料中假设温度场稳定，热流方向与平行板平面垂直(即平 面法线方向)，则热导为
多层材料处在一维导热状态下；比热流公式：
式中：m、C1、C2、C3为常数，σ为斯蒂芬一波尔兹曼常数；q,qs,qr为 通过多层材料的总比热流、固体接触导热比热流与辐射传热比热流,单位为 W/㎡。
在温度高于650℃热防护时，本发明高隔热性热防护复合材料向采用的多层 隔热系统，中间一般采用矿石、陶瓷纤维或多孔状材料。
本发明高隔热性热防护复合材料，主要针对高于(650℃)环境，低温(-100 ℃)环境的温场隔绝热。依据对隔热材料本身性能和传热关系的分析，高隔 热性热防护复合材料金属反射层100、纤维织物层200、低导热系数涂料层 300、有机柔性层400按照从面到里的顺序复合而成；实现减重，柔性，高效 的隔绝热目标。
参见图2，金属反射层100从面到里由金属反射箔110、聚酰亚胺胶粘剂层 120和聚酰亚胺半处理的聚酰胺酸树脂层130复合而成。整个金属反射层100 的厚度在300μm-400μm，金属反射层100可以增强对热辐射层的反射功能； 热反射效率可达70％。
金属反射箔110的厚度为0.004mm-0.008mm。最好为金箔。聚酰亚胺胶粘剂 层120可熔融热焓非常大，其厚度为100μm-150μm，导热系数为0.09-0.15。 聚酰亚胺半处理的聚酰胺酸树脂层130在完全亚胺化过程中有水生成，水分 蒸发能带走大量的热量。
纤维织物层200的作用是：1.可以改变各层之间的接触热阻，从而改善材 料的隔热性能；2.增加防热材料强度，3.由于低的导热系数，延缓热量的向 内传导。其由至少一层石英纤维织物层或/和至少一层氧化陶瓷纤维织物层复 合而成。纤维织物层200的导热系数为0.03-0.05。石英纤维织物层采用耐温 1500℃以上的石英纤维编织而成。氧化陶瓷纤维织物层采用耐温在1800℃ -2000℃编织而成。
参见图3，低导热系数涂料层300从面到里由高分子防热密封层310、多孔 发泡层320、纤维层330复合而成。高分子防热密封层310由氟硅复合材料制 成。纤维层330为玻璃纤维层或石英纤维层。
低导热系数涂料层300主要有两层功能，A：如果温度不足够高即发泡防热 即可。B：如果温度足够高，即发泡以后再烧蚀防热，牺牲自己的质量，变成 小分子挥发物带走热量。其主要作用有：1.该高分子防热密封层310利用化 学学发泡剂物造海绵材料；2.利用多孔发泡层320阻隔热流的渗透；3.纤维 层330起补强支撑作用。
参见图4，有机柔性层400从面到里由气凝胶层410、有机柔性纤维层420 复合而成。由于金属反射层100、纤维织物层200、低导热系数涂料层300阻 隔了大部分的热辐射热流，有机柔性层400的主要作用为对流传热。有机柔 性层400的作用：1.利用气凝胶层410的纳米孔径多反应；2.有机柔性纤维 层420主要只对垂直作用隔热；弹性防震，保护仪器、仪表；同时防止仪器、 仪表的尖角损坏防垫层。
以上显示和描述了发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书 中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发 明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (14)

1.一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，由金属反射层、纤维织物层、低导热系数涂料层、有机柔性层按照从面到里的顺序复合而成。
2.如权利要求1所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的金属反射层从面到里由金属反射箔、聚酰亚胺胶粘剂层和聚酰亚胺半处理的聚酰胺酸树脂层复合而成。
3.如权利要求2所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的金属反射层的厚度在300μm-400μm。
4.如权利要求2所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的金属反射箔的厚度为0.004mm-0.008mm。
5.如权利要求2所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的聚酰亚胺胶粘剂层的厚度为100μm-150μm，导热系数为0.09-0.15。
6.如权利要求2所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的聚酰亚胺半处理的聚酰胺酸树脂层在完全亚胺化过程中有水生成。
7.如权利要求1所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的纤维织物层由至少一层石英纤维织物层或/和至少一层氧化陶瓷纤维织物层复合而成。
8.如权利要求7所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的纤维织物层的导热系数为0.03-0.05。
9.如权利要求7所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的石英纤维织物层采用耐温1500℃以上的石英纤维编织而成。
10.如权利要求7所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的氧化陶瓷纤维织物层采用耐温在1800℃-2000℃编织而成。
11.如权利要求1所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的低导热系数涂料层从面到里由高分子防热密封层、多孔发泡层、纤维层复合而成。
12.如权利要求11所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的高分子防热密封层由氟硅复合材料制成。
13.如权利要求11所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的纤维层为玻璃纤维层或石英纤维层。
14.如权利要求2所述的一种高隔热性热防护复合材料，其特征在于，所述的有机柔性层从面到里由气凝胶层、有机柔性纤维层复合而成。
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