CN109707952A - 一种具有梯度密度的防热隔热结构 - Google Patents

一种具有梯度密度的防热隔热结构 Download PDF

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王辉
胡善刚
陈兴峰
范开春
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Abstract

本发明公开了一种具有梯度密度的防热隔热结构，其包括防热层和隔热层；防热层连接于所述隔热层一侧壁上，所述防热层的密度分布是自其与所述隔热层相连的一侧壁朝其远离所述隔热层一侧壁呈梯度递增的密度分布。本发明提供的梯度密度防热层由外到内密度呈梯度减小，一方面外表面密度最大，具备良好的抗烧蚀性能，另一方面最内侧密度最小，具备一定的隔热性能，从而使得本结构兼具优良的抗烧蚀和隔热性能。

Description

一种具有梯度密度的防热隔热结构
技术领域
本发明涉及热防护结构技术领域，具体涉及一种具有梯度密度的防热隔热结构。
背景技术
热防护结构技术是热力学技术的重要项目。目前有热防护要求的结构一般设计为由热防护层与承力层复合而成的多层结构。热防护层一般为单层防热层或防热层与隔热层组合的复合结构。
针对长时间(超过10min)高温加热的情况，一般要求防热层外表面温度不低于1000℃，内表面温度不超过200℃，若单层防热层密度太低，则无法满足抗烧蚀要求，而密度太高，又无法满足隔热要求；而防热层与隔热层组成的复合结构，防热层和隔热层两者是没有连接的，生产制备时就会出现界面脱开的情况，受热时两者之间的界面会进一步脱开，界面性能较差，结构热匹配性能和可靠性相对较低。因此，研究一种兼具优良抗烧蚀、隔热以及热匹配性能的热防护结构显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有梯度密度的防热隔热结构，兼具抗烧蚀、隔热性能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种具有梯度密度的防热隔热结构，其包括：
隔热层；
防热层，其连接于所述隔热层一侧壁上，所述防热层的密度分布是自其与所述隔热层相连的一侧壁朝其远离所述隔热层一侧壁呈梯度递增的密度分布。
进一步地，所述防热层包括层叠的多个单元层，各个单元层的密度不同，各单元层依次相连并形成所述防热层。
进一步地，所述防热层所采用的材料包括基体和增强体，其中，增强体采用石英纤维，基体采用酚醛树脂。
进一步地，所述隔热层的密度不高于所述防热层与隔热层相连的侧壁的密度。
进一步地，所述隔热层采用孔隙率为60％～90％的材料制作。
进一步地，所述隔热层采用气凝胶。
进一步地，所述防热层与所述隔热层通过缝合线连接。
进一步地，所述缝合线贯穿所述防热层与所述隔热层。
进一步地，所述缝合线采用耐高温、高强度的纤维材料制作。
进一步地，所述纤维材料采用石英纤维。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供的梯度密度防热层由外到内密度呈梯度减小，一方面外表面密度最大，具备良好的抗烧蚀性能，另一方面最内侧密度最小，具备一定的隔热性能，从而使得本结构兼具优良的抗烧蚀和隔热性能。
(2)隔热层与防热层共固化，形成梯度密度防热隔热一体化结构，从而可以提高结构热匹配性能和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的具有梯度密度的防热隔热结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的防热层示意图。
图中：1、防热层；10、单元层；2、隔热层；3、缝合线。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种具有梯度密度的防热隔热结构，其包括防热层1和隔热层2；防热层1连接于隔热层2一侧壁上，防热层1的密度分布是自其与隔热层2相连的一侧壁朝其远离隔热层2的一侧壁呈梯度递增的密度分布。
参见图2所示，具体地，防热层1包括多个单元层10，各个单元层10的密度不同，各单元层10按照密度大小依次层叠在一起，依次相连并形成防热层1，在将密度最小的单元层10与隔热层2相连。
本发明实施例提供的梯度密度防热层1由外到内密度呈梯度减小，一方面外表面密度最大，具备良好的抗烧蚀性能，另一方面最内侧密度最小，具备一定的隔热性能，从而使得本结构兼具优良的抗烧蚀和隔热性能。
本实施例中，防热层1具有多个单元层10，单元层10可以采用预浸料，如预浸布或预浸织物，预浸料包括基体和增强体，其中，增强体采用石英纤维或碳纤维，基体采用酚醛树脂或改性酚醛树脂如苯并恶嗪树脂。
本实施例中，隔热层2的密度不高于防热层1与隔热层2相连的侧壁的密度。
隔热层2采用孔隙率为60％～90％的材料制作，降低密度，比如采用气凝胶。还可以采用碳纤维增强酚醛发泡材料，密度低至0.2～0.3g/cm3。
参见图1所示，防热层1与隔热层2通过缝合线3连接，缝合线3最好贯穿防热层1与隔热层2，使防热层1与隔热层2连接紧凑，二者在界面之间互相咬合，形成整体结构，通过缝合线3的连接，使得隔热层2与防热层1共固化，形成梯度密度防热隔热一体化结构，从而可以提高结构热匹配性能和可靠性。缝合线3采用耐高温、高强度的纤维材料制作，比如采用石英纤维或碳纤维材料。
本发明在制作时，先按照图2所示，将各个单元层10层叠并连接在一起，形成放热层1，密度按照自下而上梯度递增；其次，按照图1所示，将防热1与隔热层2装配到位；再次，采用缝合线3通过缝合的方式将防热层1与隔热层2连接起来，形成整体结构；最后，一体共固化形成具有梯度密度的防热隔热结构。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于，其包括：
隔热层(2)；
防热层(1)，其连接于所述隔热层(2)一侧壁上，所述防热层(1)的密度分布是自其与所述隔热层(2)相连的一侧壁朝其远离所述隔热层(2)一侧壁呈梯度递增的密度分布。
2.如权利要求1所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述防热层(1)包括层叠的多个单元层(10)，各个单元层(10)的密度不同，各单元层(10)依次相连并形成所述防热层(1)。
3.如权利要求1所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述防热层(1)所采用的材料包括基体和增强体，其中，增强体采用石英纤维，基体采用酚醛树脂。
4.如权利要求1所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述隔热层(2)的密度不高于所述防热层(1)与隔热层(2)相连的侧壁的密度。
5.如权利要求1所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述隔热层(2)采用孔隙率为60％～90％的材料制作。
6.如权利要求5所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述隔热层(2)采用气凝胶。
7.如权利要求1所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述防热层(1)与所述隔热层(2)通过缝合线(3)连接。
8.如权利要求7所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述缝合线(3)贯穿所述防热层(1)与所述隔热层(2)。
9.如权利要求7所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述缝合线(3)采用耐高温、高强度的纤维材料制作。
10.如权利要求9所述的具有梯度密度的防热隔热结构，其特征在于：所述纤维材料采用石英纤维。
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