CN110815974A - 一种集隔热、承载于一体的复合板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合板材领域，公开一种集隔热、承载于一体的复合板材及其制备方法。所述复合板材包括空心玻璃微珠层以及位于其上下两面的耐高温复合板，复合板材各层之间通过若干个螺栓固定；所述耐高温复合板和螺栓的材质相同，均为碳/碳复合材料、碳纤维增强碳化硅复合材料、碳纤维增强二硅化钼复合材料、碳纤维增强二硼化锆复合材料、碳纤维增强二氧化锆复合材料、碳纤维增强二硼化钛复合材料、碳纤维增强氮化硅复合材料、碳纤维增强氧化铝复合材料或碳纤维增强碳化钨复合材料。本发明将空心玻璃微珠层与耐高温复合板相互结合，充分发挥空心玻璃微珠质轻、高强隔热的性能，以及耐高温复合板低密度、耐高温、抗腐蚀、耐热冲击等优异性能。

Description

一种集隔热、承载于一体的复合板材及其制备方法
技术领域
本发明属于复合板材结构技术领域，具体涉及一种集隔热、承载于一体的复合板材及其制备方法。
背景技术
碳/碳复合材料、碳纤维增强陶瓷基复合材料具有密度低、耐高温、抗腐蚀、耐热冲击等优异性能，其中碳/碳复合材料的室温强度可以保持到2500℃基本不变，对热应力不敏感，抗烧蚀性能好。故该复合材料具有出色的机械特性，既可作为结构材料，又可作为功能材料使用，适用于各种高温用途。
空心玻璃微珠为中空材料，其内部为稀薄气体，而其壁厚只占微珠半径很小的比例，这种特殊的结构赋予空心玻璃微珠质轻、隔热、防辐射、隔音、吸水率低的特点。此外，空心玻璃微珠含有较高量的二氧化硅，因此空心玻璃微珠还具有电绝缘强度高、耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定等特点。更重要的是这种小微珠是各向同性的，因此不会产生因取向造成不同部位收缩率不一致的弊病，保证了产品的尺寸稳定，不会翘曲。空心微珠复合泡沫已在海洋探测方面实现了大规模应用，基于优异的隔热特性，扩展空心微珠在隔热保温领域的应用对促进行业的进步具有重要的意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种集隔热、承载于一体的复合板材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种集隔热、承载于一体的复合板材，所述复合板材包括空心玻璃微珠层以及位于其上下两面的耐高温复合板，复合板材各层之间通过若干个螺栓固定；所述耐高温复合板和螺栓的材质相同，均为碳/碳复合材料、碳纤维增强碳化硅复合材料、碳纤维增强二硅化钼复合材料、碳纤维增强二硼化锆复合材料、碳纤维增强二氧化锆复合材料、碳纤维增强二硼化钛复合材料、碳纤维增强氮化硅复合材料、碳纤维增强氧化铝复合材料或碳纤维增强碳化钨复合材料。
制备步骤如下：
（1）、取一块耐高温复合板，将空心玻璃微珠均匀平铺于该耐高温复合板的上表面，即在耐高温复合板上获得空心玻璃微珠层；
（2）、在步骤（1）所得空心玻璃微珠层基础上继续叠加一块耐高温复合板，得到复合板材A；
（3）、在复合板材A的上下两面分别叠加一块铝板，然后加热成型；
（4）、加热成型后降至室温，取下铝板；
（5）、采用螺栓紧固步骤（4）所得复合板材各层，即得集隔热、承载于一体的复合板材。
较好地，步骤（1）中，将空心玻璃微珠分散在溶剂中，然后均匀涂覆在耐高温复合板的上表面。
较好地，所述溶剂为水、乙醇或丙酮。
较好地，空心玻璃微珠层的厚度为3-10 mm。
较好地，步骤（3）中，加热成型的温度为600-650 ℃、时间为10-30 min。
本发明中，耐高温复合板主要作为承载部件，空心微珠泡沫层主要起隔热保温作用，叠加铝板是防止在空心玻璃微珠在近似熔融下变形造成板材翘曲；本发明中所涉及的碳/碳复合材料、碳纤维增强碳化硅复合材料、碳纤维增强二硅化钼复合材料、碳纤维增强二硼化锆复合材料、碳纤维增强二氧化锆复合材料、碳纤维增强二硼化钛复合材料、碳纤维增强氮化硅复合材料、碳纤维增强氧化铝复合材料、碳纤维增强碳化钨复合材料均可通过市购或现有技术制备获得。
有益效果：本发明将空心玻璃微珠层与耐高温复合板相互结合，充分发挥空心玻璃微珠质轻、高强隔热的性能，以及耐高温复合板低密度、耐高温、抗腐蚀、耐热冲击等优异性能；本发明采用直接加热空心玻璃微珠至近乎熔融的状态，使其靠微珠自身表层的软化相互连接形成稳定的网络结构，得到轻质高强的隔热保温层，与传统的加热固化成型方法相比，该隔热层由单纯的空心玻璃微珠自身连接形成泡沫结构，充分发挥空心玻璃微珠质轻、隔热的特性，大大提高复合板材的隔热性能；由于该复合板材兼具质轻、高强隔热的优势，其将会在航空航天、建筑、化工等领域实现广泛的应用。
附图说明
图1 ：集隔热、承载于一体的复合板材的俯视图；
图2 ：图1的A-A的剖面图；
其中：1-耐高温复合板；2-空心玻璃微珠层；3-螺栓。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1
如图1-2所示，一种集隔热、承载于一体的复合板材，所述复合板材包括空心玻璃微珠层2以及位于其上下两面的耐高温复合板1，复合板材各层之间通过螺栓3固定；所述耐高温复合板1和螺栓3的材质相同，均为碳/碳复合材料。
制备步骤如下：
（1）、取一块耐高温复合板1，将空心玻璃微珠分散在无水乙醇中，然后均匀涂覆在该耐高温复合板1的上表面，涂覆厚度为8 mm，即在耐高温复合板上表面获得空心玻璃微珠层2；
（2）、在步骤（1）所得空心玻璃微珠层2基础上继续叠加一块耐高温复合板1，得到复合板材A；
（3）、在复合板材A的上下两面分别叠加一块铝板，然后在600 ℃加热成型30 min；
（4）、加热成型后降至室温，取下两块铝板；
（5）、采用螺栓3分别紧固步骤（4）所得复合板材的四个角位置，即得集隔热、承载于一体的复合板材。
实施例2
一种集隔热、承载于一体的复合板材，结构同实施例1，区别在于：所述耐高温复合板1和螺栓3的材质均为碳纤维增强碳化硅复合材料。
制备步骤如下：
（1）、取一块耐高温复合板1，将空心玻璃微珠分散在无水乙醇中，然后均匀涂覆在该耐高温复合板1的上表面，涂覆厚度为6 mm，即在耐高温复合板上表面获得空心玻璃微珠层2；
（2）、在步骤（1）所得空心玻璃微珠层2基础上继续叠加一块耐高温复合板1，得到复合板材A；
（3）、在复合板材A的上下两表面分别叠加一块铝板，然后在650 ℃加热成型25 min；
（4）、加热成型后降至室温，取下两块铝板；
（5）、采用螺栓3分别紧固步骤（4）所得复合板材的四个角位置，即得集隔热、承载于一体的复合板材。
实施例3
一种集隔热、承载于一体的复合板材，结构同实施例1，区别在于：所述耐高温复合板1和螺栓3的材质均为碳纤维增强氮化硅复合材料。
制备步骤如下：
（1）、取一块耐高温复合板1，将空心玻璃微珠分散在无水乙醇中，然后均匀涂覆在该耐高温复合板1的上表面，涂覆厚度为4 mm，即在耐高温复合板上表面获得空心玻璃微珠层2；
（2）、在步骤（1）所得空心玻璃微珠层2基础上继续叠加一块耐高温复合板1，得到复合板材A；
（3）、在复合板材A的上下两表面分别叠加一块铝板，然后在630 ℃加热成型20 min；
（4）、加热成型后降至室温，取下两块铝板；
（5）、采用螺栓3分别紧固步骤（4）所得复合板材的四个角位置，即得集隔热、承载于一体的复合板材。

Claims (6)

1.一种集隔热、承载于一体的复合板材，其特征在于：所述复合板材包括空心玻璃微珠层以及位于其上下两面的耐高温复合板，复合板材各层之间通过若干个螺栓固定；所述耐高温复合板和螺栓的材质相同，均为碳/碳复合材料、碳纤维增强碳化硅复合材料、碳纤维增强二硅化钼复合材料、碳纤维增强二硼化锆复合材料、碳纤维增强二氧化锆复合材料、碳纤维增强二硼化钛复合材料、碳纤维增强氮化硅复合材料、碳纤维增强氧化铝复合材料或碳纤维增强碳化钨复合材料。
2.一种如权利要求1所述的集隔热、承载于一体的复合板材的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：
（1）、取一块耐高温复合板，将空心玻璃微珠均匀平铺于该耐高温复合板的上表面，即在耐高温复合板上获得空心玻璃微珠层；
（2）、在步骤（1）所得空心玻璃微珠层基础上继续叠加一块耐高温复合板，得到复合板材A；
（3）、在复合板材A的上下两面分别叠加一块铝板，然后加热成型；
（4）、加热成型后降至室温，取下铝板；
（5）、采用螺栓紧固步骤（4）所得复合板材各层，即得集隔热、承载于一体的复合板材。
3.如权利要求2所述的集隔热、承载于一体的复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，将空心玻璃微珠分散在溶剂中，然后均匀涂覆在耐高温复合板的上表面。
4.如权利要求3所述的集隔热、承载于一体的复合板材的制备方法，其特征在于：所述溶剂为水、乙醇或丙酮。
5.如权利要求2~4任一所述的集隔热、承载于一体的复合板材的制备方法，其特征在于：空心玻璃微珠层的厚度为3-10 mm。
6.如权利要求2所述的集隔热、承载于一体的复合板材的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，加热成型的温度为600-650 ℃、时间为10-30 min。
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