CN112920442B - 一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高温隐身材料领域，具体公开了一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料及其制备方法，树脂基防热复合材料以高硅氧纤维、石英纤维、铝硅酸盐纤维或玄武岩氧化物纤维为增强体，树脂基体为酚醛、硅树脂的一种或混合物，空心微珠为树脂基体中添加剂；高温红外隐身涂层以贵金属为低发射率填料，无铅玻璃为粘结剂，玻璃软化点温度为400~1100℃。本发明的复合材料具备好的防隔热性和红外隐身性，复合材料表面的高温红外隐身涂层中玻璃相在中低热流高温环境下可以快速熔融，对分解复合材料表面有效封填，且玻璃熔体与复合材料中的氧化物纤维发生烧结而牢固的附着于材料表面，不会由于复合材料的分解造成涂层的脱落与剥离。

Description

一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高温隐身材料领域，特别涉及一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料及其制备方法。
背景技术
隐身性能是未来高速飞行器的典型特征，可以显著提升其生存与突防能力。高速飞行器飞行速度快，严重的气动加热导致飞行器表面具有较高的温度，红外暴露特性显著，面临着严峻的红外探测与制导武器装备威胁。同时，为确保高速飞行器的正常工作，具备防隔热一体化功能的热防护系统是高速飞行器表面必不可缺的组成部分，可以起到保持飞行器外形与结构稳定，确保内部电子系统正常工作等关键作用。因此，使高速飞行器的热防护系统具备红外隐身功能非常必要。高温红外隐身涂层具有高温低红外发射率特性，将之涂覆于飞行器热防护系统表面，可以显著降低其红外辐射特性，起到红外隐身的作用。
树脂基防热复合材料是目前高速飞行器热防护系统的主要形式，树脂基复合材料在热环境下的分解、碳化等机制可以带走大量的热，达到防隔热效果。但在树脂基防热复合材料表面制备高温红外隐身涂层需要解决以下问题：1）树脂基防热复合材料在使用过程中存在高温分解问题，要求红外隐身涂层在复合材料分解时仍然可以牢固的附着在材料表面，不发生脱落；2）高速飞行器热防护系统部件较大，要求施工工艺简单，不需要专门的大型设备，且要具备低成本特性；3）高温红外隐身涂料要具备低温固化特点，防止高温处理造成树脂基防热复合材料分解；4）为保证环保性，尽量避免采用含有大量有机溶剂的原料和常压喷涂工艺，并且原料中尽量避免含铅等重金属原料的采用。
目前现有技术仍无法较好地解决以上问题，需要提出新的方案解决树脂基防热复合材料表面高温红外隐身涂层及其制备问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料及其制备方法，从而克服背景技术中提到的不足与缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料，所述树脂基防热复合材料中纤维主要成分为氧化物，所述纤维为高硅氧纤维、石英纤维、铝硅酸盐纤维或玄武岩纤维，树脂基体为酚醛、硅树脂的一种或混合物，空心微珠为添加剂；所述高温红外隐身涂层以贵金属为低发射率填料，无铅玻璃为粘结剂，无铅玻璃软化点温度为400~1100℃。树脂基防热复合材料在高温条件下可以通过树脂基体的分解带走热量起到防隔热的作用；高温红外隐身涂层中贵金属低发射率填料具有高温抗氧化和低发射率特性，涂层中玻璃相在使用温度高温环境下可以快速熔融，具有高粘度特性，并可以对复合材料表面实现有效封填，且玻璃相可以与复合材料的氧化物纤维发生烧结，使涂层附着于复合材料表面而不脱落。
优选的，上述表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料中，所述树脂基防热复合材料密度为0.4~1.5g/cm3，所述空心微珠的密度为0.1~0.6g/cm3、粒径为20~100μm，在所述树脂基防热复合材料中的体积含量不大于20%。
优选的，上述表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料中，所述高温红外隐身涂层中贵金属为银或银钯合金，贵金属在涂层中的质量含量为80~95%，所述高温红外隐身涂层厚度为5~20μm。
一种上述的表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用树脂基复合材料成型工艺制备树脂基防热复合材料，对树脂基防热复合材料的待涂覆涂层面进行打磨粗化处理；
（2）采用丝网印刷或者刷涂工艺将高温红外隐身涂料涂覆于树脂基防热复合材料表面，经干燥获得高温红外隐身涂层。
优选的，上述制备方法中，所述步骤（2）中，干燥温度为120~150℃，时间为20~30min。
优选的，上述制备方法中，所述步骤（2）中，高温红外隐身涂料是由以下方法制备而成：将经熔炼、水冷、球磨后的玻璃粉过200~400目筛，然后将玻璃粉与贵金属粉末采用行星式重力混料机混合均匀，再与有机载体混合均匀后，采用三辊研磨机研磨，即得到高温红外隐身涂料。
优选的，上述制备方法中，有机载体主要由松油醇、二乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素组成，高温红外隐身涂料中有机载体的质量分数为20~25%。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1. 本发明的表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料以高温抗氧化和低发射率特性的贵金属为低发射率填料，无铅玻璃为粘结剂的高温红外隐身涂层体系，该涂层中玻璃相在中低热流高温环境下可以快速熔融，并且由于玻璃熔体具有较高的粘度和一定流动性，可以完成对分解复合材料表面的有效封填，且玻璃熔体可以与复合材料中的氧化物纤维发生烧结而牢固的附着于材料表面，在中低热流密度环境下不会由于复合材料的分解造成高温红外隐身涂层的脱落与剥离。
3. 本发明中的复合材料制备方法中高温红外隐身涂层的制备采用较为简单的涂料涂覆工艺，工艺与设备简单，可制备大型构件，可用于中低热流密度环境高速飞行器，提高其红外隐身性能。
4. 本发明避免了大量化学溶剂和铅等重金属原料的使用，环保性好，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1中打磨粗化处理后的树脂基防热复合材料照片。
图2是本发明实施例1中制备的高温红外隐身涂层照片。
图3是本发明实施例1中表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基复合材料经过800℃-10min热考核后照片。
图4是本发明实施例2中打磨粗化处理后的树脂基防热复合材料照片。
图5是本发明实施例2中制备的高温红外隐身涂层照片。
图6是本发明实施例2中表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基复合材料经过800℃-10min热考核后照片。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料，树脂基防热复合材料以石英纤维缝合织物为增强体，树脂基体为酚醛树脂，空心微珠为添加剂，树脂基防热复合材料密度为1.41g/cm3，空心微珠的密度为0.35g/cm3、粒径为30μm，空心微珠在树脂基防热复合材料中的体积含量为5%；高温红外隐身涂层以银为低发射率填料，银在涂层中的质量含量为90%，粘结剂为BaO-B2O3-ZnO体系无铅低熔点玻璃，玻璃软化点温度为530℃。高温红外隐身涂层厚度为6μm。
本实施例还提供表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用树脂基复合材料成型工艺制备树脂基防热复合材料，对树脂基防热复合材料的待涂覆涂层面进行打磨粗化处理，打磨粗化处理后的树脂基防热复合材料如图1所示；
（2）采用丝网印刷工艺将高温红外隐身涂料涂覆于树脂基防热复合材料表面，经150℃、30min干燥获得高温红外隐身涂层（见图2）。
高温红外隐身涂料是由以下方法制备而成：将经熔炼、球磨后的玻璃粉过200~400目筛，然后将玻璃粉与银粉末混合均匀，最后与有机载体混合均匀并研磨，即得到高温红外隐身涂料，有机载体主要由松油醇、二乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素组成，高温红外隐身涂料中有机载体的质量分数为20%。
本实施例制备的复合材料中高温红外隐身涂层与树脂基防热复合材料表面具有较好的结合，红外发射率为0.25。图3为经过800℃、10min空气环境热震考核后复合材料照片，热考核后基材出现了约为26%的热失重，但高温红外隐身涂层完整，无明显开裂、脱落等现象，考核后红外发射率未发生明显变化，说明树脂基防热复合材料表面制备的高温红外隐身涂层表现出优良的耐热、低发射率和与基材的强结合特性。
实施例2
一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料，树脂基防热复合材料以石英纤维针刺件为增强体，树脂基体为酚醛树脂，空心微珠为添加剂，树脂基防热复合材料密度为0.42g/cm3，空心微珠的密度为0.4g/cm3、粒径为30μm，空心微珠在树脂基防热复合材料中的体积含量为8%；高温红外隐身涂层以银为低发射率填料，银在涂层中的质量含量为92%，粘结剂为BaO-B2O3-ZnO体系无铅低熔点玻璃，玻璃软化点温度为580℃。高温红外隐身涂层厚度为12μm。
本实施例还提供表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用树脂基复合材料成型工艺制备树脂基防热复合材料，对树脂基防热复合材料的待涂覆涂层面进行打磨粗化处理，打磨粗化处理后的树脂基防热复合材料如图4所示；
（2）采用刷涂工艺将高温红外隐身涂料涂覆于树脂基防热复合材料表面，经120℃、30min干燥获得高温红外隐身涂层（见图5）。
高温红外隐身涂料是由以下方法制备而成：将经熔炼、球磨后的玻璃粉过200~400目筛，然后将玻璃粉与银粉末混合均匀，最后与有机载体混合均匀并研磨，即得到高温红外隐身涂料，有机载体主要由松油醇、二乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素组成，高温红外隐身涂料中有机载体的质量分数为25%。
本实施例制备的复合材料中高温红外隐身涂层与树脂基防热复合材料表面具有较好的结合，红外发射率为0.22。图6为经过800℃、10min空气环境热震考核后的复合材料照片，热考核后基材出现了约为11%的热失重，但高温红外隐身涂层完整，无明显开裂、脱落等现象，考核后红外发射率未发生明显变化，说明树脂基防热复合材料表面制备的高温红外隐身涂层表现出优良的耐热、低发射率和与基材的强结合特性。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料，其特征在于，所述树脂基防热复合材料中纤维主要成分为氧化物，所述纤维为高硅氧纤维、石英纤维、铝硅酸盐纤维或玄武岩纤维，增强体为纤维缝合织物或纤维针刺件，树脂基体为酚醛、硅树脂的一种或混合物，空心微珠为添加剂；所述高温红外隐身涂层以贵金属为低发射率填料，无铅玻璃为粘结剂，无铅玻璃软化点温度为400~1100℃，所述粘结剂为BaO-B2O3-ZnO体系无铅低熔点玻璃，所述高温红外隐身涂层中贵金属为银或银钯合金，贵金属在涂层中的质量含量为80~95%，所述高温红外隐身涂层厚度为5~20μm；所述空心微珠的密度为0.1~0.6g/cm3、粒径为20~100μm，所述空心微珠在所述树脂基防热复合材料中的体积含量不大于20%；
所述表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用树脂基复合材料成型工艺制备树脂基防热复合材料，对树脂基防热复合材料的待涂覆涂层面进行打磨粗化处理；
（2）采用丝网印刷或者刷涂工艺将高温红外隐身涂料涂覆于树脂基防热复合材料表面，经干燥获得高温红外隐身涂层，干燥温度为120~150℃，时间为20~30min；高温红外隐身涂料包括有机载体，有机载体主要由松油醇、二乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素组成，高温红外隐身涂料中有机载体的质量分数为20~25%。
2.根据权利要求1所述的表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料，其特征在于，所述树脂基防热复合材料密度为0.4~1.5g/cm3。
3.根据权利要求1所述的表面涂覆高温红外隐身涂层的树脂基防热复合材料，其特征在于，所述步骤（2）中，高温红外隐身涂料是由以下方法制备而成：将经熔炼、水冷、球磨后的玻璃粉过200~400目筛，然后将玻璃粉与贵金属粉末采用行星式重力混料机混合均匀，再与有机载体混合均匀后，采用三辊研磨机研磨，即得到高温红外隐身涂料。
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树脂基复合材料在隐身技术中的应用;张振邦等;《光电技术应用》;20050831;第20卷(第4期);第23-25页 *
梁杰等.4.4.3 空心微珠的提取.《粉煤灰资源化研究与实用技术》.贵州大学出版社,2016,第125页. *
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