CN111635614B - 一种轻质防隔热的复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种轻质防隔热的复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种轻质防隔热的复合材料及其制备方法，涉及热防护结构技术领域，所述复合材料由复合织物完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺固化制成；其中，所述复合织物包括多个层叠连接的单层织物，每个单层织物的密度均不同，且所有单层织物的密度按层叠顺序依次递减。本申请提供的复合材料具备优良的抗烧蚀、隔热以及热匹配性能；且其该制备方法简单、成本低、周期短。

Description

一种轻质防隔热的复合材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及热防护结构技术领域，特别涉及一种轻质防隔热的复合材料及其制备方法。
背景技术
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。热防护层在长时间(超过10min)高温加热的情况，一般要求热防护层外表面温度不低于900℃，内表面温度不超过200℃，而单层防热层密度太低无法满足抗烧蚀要求，密度太高又无法满足隔热要求，并且防热层与隔热层组成的复合结构界面性能较差，整体质量较大，结构热匹配性能相对较低。因此，本申请旨在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的同时，还能够降低热防护结构的相对质量。
发明内容
本申请实施例提供一种轻质防隔热的复合材料及其制备方法，该复合材料轻质，且具备优良的抗烧蚀、隔热以及热匹配性能；该制备方法简单、成本低、周期短。
第一方面，本申请实施例提供了一种轻质防隔热的复合材料，所述复合材料由复合织物完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺固化制成；其中，所述复合织物包括多个层叠连接的单层织物，每个单层织物的密度均不同，且所有单层织物的密度按层叠顺序依次递减。
在本实施例中，优选地，所述复合材料还包括：
缝合线，其穿设在所有所述单层织物上，其用于缝合所有所述单层织物形成所述复合织物。
优选地，其特征在于，所述缝合线采用碳纤维材料或石英纤维材料制成。
优选地，所述树脂基体为酚醛树脂或聚酰亚胺树脂；和/或
所述单层织物由石英纤维或碳纤维制成。
优选地，所述复合织物包括两个层叠连接的单层织物，一个单层织物为高密度织物，另一个单层织物为低密度织物。
优选地，所述复合织物包括三个层叠连接的单层织物，两个外层的单层织物分别为高密度织物、低密度织物，中间的单层织物为中密度织物。
第二方面，本申请实施例提供了一种轻质防隔热的复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
提供多个密度均不同的单层织物；
将所有所述单层织物按其密度递减的顺序依次层叠连接，形成复合织物；
将所述复合织物完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺将其固化，即制得轻质防隔热的复合材料。
在本实施例中，优选地，所述将所有单层织物按其密度递减的顺序依次层叠连接，形成复合织物的具体步骤为：
按所述单层织物的密度递减的顺序，采用缝合线穿设在层叠的所有单层织物上，缝合所有所述单层织物形成所述复合织物。
优选地，所述将所述复合织物完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺将其固化的具体步骤为：
放置所述复合织物在低压RTM工艺用的专用模具内，并向所述专用模具内注入树脂基体至完全浸没所述复合织物；
向所述专用模具内施加预设压力和预设温度，直至所述树脂基体与所述复合织物固化成型。
优选地，其特征在于，所述预设压力不超过0.2MPa；所述预设温度不超过120℃。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种轻质防隔热的复合材料，其能够提高复合材料的抗烧蚀性能、隔热性能，并具备良好的热匹配性能，该复合材料轻质，其中，20mm厚的所述复合材料的综合密度不超过0.7g/cm3。
本申请实施例还提供了一种轻质防隔热的复合材料的制备方法，该制备方法简单、成本低、周期短，采用该制备方法制得的复合材料具备良好的抗烧蚀性能、隔热性能以及热匹配性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种轻质防隔热的复合材料中复合织物的一种分布示意图；
图2为本申请实施例提供的一种轻质防隔热的复合材料中复合织物的另一种分布示意图；
图3为本申请实施例提供的缝合线的一种缝合示意图；
图4为本申请实施例提供的缝合线的另一种缝合示意图；
图5为本申请实施例提供的复合材料的热仿真时程曲线图；
图中：1、复合织物；11、高密度织物；12、低密度织物；13、中密度织物；2、缝合线。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种轻质防隔热的复合材料，所述复合材料由复合织物1完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺固化制成；其中，所述复合织物1包括多个层叠连接的单层织物，每个单层织物的密度均不同，且所有单层织物的密度按层叠顺序依次递减。
本申请实施例提供的一种轻质防隔热的复合材料的制作过程为：
提供多个密度均不同的单层织物；
将所有所述单层织物按其密度递减的顺序依次层叠连接，形成复合织物1；
将所述复合织物1完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺将其固化，即制得轻质防隔热的复合材料。该复合材料的厚度为20mm厚时，其综合密度不超过0.7g/cm3。
并且，该复合材料能够解决防热层结构的隔热性能差或防热层隔热层组成的复合结构解热匹配性能差等缺陷，有效提高防热层结构的整体抗烧蚀性能、隔热性能，以及所有的织物采用浸没在液态的树脂基体中后再固化成型，能够得到良好的热匹配性能。
具体地，所述树脂基体为酚醛树脂或聚酰亚胺树脂；所述单层织物由石英纤维或碳纤维制成。
参见图1所示，作为本申请实施例的一种优选方案，所述复合织物1包括两个层叠连接的单层织物，一个单层织物为高密度织物11，另一个单层织物为低密度织物12。在所述复合织物1的实际应用中，所述高密度织物11采用高密度的石英纤维或碳纤维制成，所述低密度织物12采用低密度的石英纤维或碳纤维制成，即所述高密度织物11的石英纤维密度大于所述低密度织物。
参见图2所示，作为本申请实施例的另一种优选方案，所述复合织物1包括三个层叠连接的单层织物，两个外层的单层织物分别为高密度织物11、低密度织物12，中间的单层织物为中密度织物13。所述高密度织物11、中密度织物13、低密度织物12按单层织物的密度大小依次层叠分布，根据实际需要将高密度织物11设置在外层或内层。
进一步地，所述复合材料还包括缝合线2，其穿设在所有所述单层织物上，其用于缝合所有所述单层织物形成所述复合织物1。其中，所述缝合线2采用碳纤维材料或石英纤维材料制成。
参见图3所示，所有所述单层织物按照其密度递减的顺序依次层叠排布后，再使用缝合线2穿过所有所述单层织物以同时缝合所述的单层织物。
参见图4所示，进一步地，相邻的两个单层织物单独采用缝合线2连接，直至所有的单层织物全部缝合形成复合织物，能够增加其连接可靠性。
本申请实施例还提供一种轻质防隔热的复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
提供多个密度均不同的单层织物；
将所有所述单层织物按其密度递减的顺序依次层叠连接，形成复合织物1；
将所述复合织物1完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺将其固化，即制得轻质防隔热的复合材料。
具体地，所述将所有单层织物按其密度递减的顺序依次层叠连接，形成复合织物1的具体步骤为：
按所述单层织物的密度递减的顺序，采用缝合线2穿设在层叠的所有单层织物上，缝合所有所述单层织物形成所述复合织物1。
具体地，所述将所述复合织物1完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺将其固化的具体步骤为：
放置所述复合织物1在低压RTM工艺用的专用模具内，并向所述专用模具内注入树脂基体至完全浸没所述复合织物1；
向所述专用模具内施加预设压力和预设温度，直至所述树脂基体与所述复合织物1固化成型。
其中，所述预设压力不超过0.2MPa；所述预设温度不超过120℃。而传统制备压力一般超过0.5MPa，制备温度一般超过150℃，本申请实施例中的工艺参数较低，使得本申请成本也相对较低。
本申请实施例提供的一种轻质防隔热的复合材料的制备方法，该制备方法简单、成本低、周期短，采用该制备方法制得的复合材料具备良好的抗烧蚀性能、隔热性能以及热匹配性能。
参见图5所示，验证性地，我们针对30mm材料厚度的复合材料进行仿真分析，高密度织物位于外表面，低密度织物位于内表面，其中，点划线代表符合材料的外表面典型温度环境的时程曲线图，虚线条代表外表面向内5mm温度响应的时程曲线图，实线代表内表面温度响应的时程曲线图，从图中我们可以看出，外表面最高温度超过1300℃，而内表面的温度相应平稳缓和，且内表面的最高温度170℃，持续时间超过1200s，具备良好的抗烧蚀性能、隔热性能以及热匹配性能。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种轻质防隔热的复合材料，其特征在于，所述复合材料由复合织物(1)完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺固化制成；其中，所述复合织物(1)包括多个层叠连接的单层织物，每个单层织物的密度均不同，且所有单层织物的密度按层叠顺序依次递减；
所述复合材料还包括：
缝合线(2)，其穿设在所有所述单层织物上，其用于缝合所有所述单层织物形成所述复合织物(1)。
2.如权利要求1所述的轻质防隔热的复合材料，其特征在于，所述缝合线(2)采用碳纤维材料或石英纤维材料制成。
3.如权利要求1所述的轻质防隔热的复合材料，其特征在于，所述树脂基体为酚醛树脂或聚酰亚胺树脂；和/或
所述单层织物由石英纤维或碳纤维制成。
4.如权利要求1所述的轻质防隔热的复合材料，其特征在于，所述复合织物(1)包括两个层叠连接的单层织物，一个单层织物为高密度织物(11)，另一个单层织物为低密度织物(12)。
5.如权利要求1所述的轻质防隔热的复合材料，其特征在于，所述复合织物(1)包括三个层叠连接的单层织物，两个外层的单层织物分别为高密度织物(11)、低密度织物(12)，中间的单层织物为中密度织物(13)。
6.一种如权利要求1所述轻质防隔热的复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
提供多个密度均不同的单层织物；
将所有所述单层织物按其密度递减的顺序依次层叠连接，形成复合织物(1)；
将所述复合织物(1)完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺将其固化，即制得轻质防隔热的复合材料。
7.如权利要求6所述的轻质防隔热的复合材料的制备方法，其特征在于，所述将所有单层织物按其密度递减的顺序依次层叠连接，形成复合织物(1)的具体步骤为：
按所述单层织物的密度递减的顺序，采用缝合线(2)穿设在层叠的所有单层织物上，缝合所有所述单层织物形成所述复合织物(1)。
8.如权利要求6所述的轻质防隔热的复合材料的制备方法，其特征在于，将所述复合织物(1)完全浸没在树脂基体中，采用低压树脂传递模塑成型RTM工艺将其固化的具体步骤为：
放置所述复合织物(1)在低压RTM工艺用的专用模具内，并向所述专用模具内注入树脂基体至完全浸没所述复合织物(1)；
向所述专用模具内施加预设压力和预设温度，直至所述树脂基体与所述复合织物(1)固化成型。
9.如权利要求8所述的轻质防隔热的复合材料的制备方法，其特征在于，所述预设压力不超过0.2MPa；所述预设温度不超过120℃。
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