CN113063326A - 一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法。所述方法为：(1)将多块气凝胶内隔热层之间通过斜面搭接成一个整体隔热层；(2)确定多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度并根据搭接缝隙宽度选择缝隙处理材料；(3)将选择的所述缝隙处理材料填充在多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙之中，由此完成气凝胶内隔热层的缝隙处理。本发明方法在使用中将气凝胶内隔热层之间采用斜面搭接，容易实施后期的填充工艺，且能够将隔热材料充满缝隙；本发明方法工艺简单、可操作性强，经过试验验证可达到良好的隔热效果。
Description
技术领域
本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及气凝胶内隔热层敷设时的缝隙处理技术，尤其涉及一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法。
背景技术
随着超音速型号导弹的发展，传统的热防护材料难以满足导弹弹体外部严酷的气动加热环境及弹体自身设备发热，必须使用隔热效果更好的气凝胶内隔热层作为热防护材料，其功能是在导弹超音速、长时间飞行时，有效阻止热量传入舱体内部，使舱内维持较低的温度、保证设备仪器的正常工作。
传统的气凝胶内隔热层之间缝隙处主要采用如图1所示的阶梯搭接方式，台阶高度为气凝胶内隔热层厚度的一半，搭接重合部分宽度为15mm。采用这种阶梯搭接方式处理缝隙的缺点在于：1)阶梯搭接形式的曲面异形结构成型模具加工难度极大；2)隔热层周转过程中，搭接阶梯处气凝胶较薄，受磨损分层损坏现象严重；3)气凝胶内隔热层型面刚度较大，靠舱段一侧阶梯搭接缝隙不易结合紧密；4)阶梯搭接缝隙处理工艺性差，容易形成对接缝，导致形成热流通路，对舱内空气直接加热，影响隔热层整体隔热效果。
针对上述问题，非常有必要提供一种新的气凝胶内隔热层的缝隙处理方法。
发明内容
为了解决现有气凝胶内隔热层之间缝隙处理方法存在的不足，本发明提供了一种工艺简单、可操作性强，具有良好隔热效果的气凝胶内隔热层的缝隙处理方法。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将多块气凝胶内隔热层之间通过斜面搭接成一个整体隔热层；
(2)确定多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度并根据搭接缝隙宽度选择缝隙处理材料；
(3)将缝隙处理材料填充在多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙之中，由此完成气凝胶内隔热层的缝隙处理。
优选地，在步骤(1)中，斜面搭接的倾斜角度为30°～60°。
优选地，所述缝隙处理材料的宽度与所述气凝胶内隔热层的斜面宽度相同，所述缝隙处理材料的长度与所述气凝胶内隔热层的斜面长度相同。
优选地，多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为0～2mm。
优选地，所述缝隙处理材料为纤维增强气凝胶类缝隙处理材料和/或增强纤维类缝隙处理材料。
优选地，所述增强纤维类缝隙处理材料选自由玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、二氧化锆纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维中的一种或多种纤维制成。
优选地，所述纤维增强气凝胶类缝隙处理材料由增强纤维和气凝胶复合而成；所述增强纤维选自玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、二氧化锆纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维中的一种或多种；所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶、三氧化二铝气凝胶和纤维素气凝胶中的一种或多种。
优选地，在步骤(2)中，当多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为0～1mm时，选择增强纤维类缝隙处理材料。
优选地，在步骤(2)中，当多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为1～2mm时，选择纤维增强气凝胶类缝隙处理材料。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的缝隙处理方法处理后得到的气凝胶内隔热层组件。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明方法在成型模具设计时，斜面搭接式模具易加工制造，且气凝胶内隔热层集中成型的难度较小，各隔热层组成相对位置理想、隔热层厚度易于控制。
(2)本发明的斜面搭接方法可以有效避免气凝胶内隔热层周转过程中，搭接处受磨损分层损坏。
(3)本发明的斜面搭接的可操作性强、工艺性好，能够有效保证气凝胶内隔热层缝隙处理效果，性能稳定可靠。
附图说明
本发明附图仅仅为说明目的提供，图中各部位的比例不一定与实际产品一致。
图1是现有技术中气凝胶内隔热层缝隙处理阶梯搭接示意图。
图2是本发明气凝胶内隔热层缝隙处理斜面搭接示意图。
图3是本发明气凝胶内隔热层在导弹弹体内表面敷设的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将多块气凝胶内隔热层之间通过斜面搭接成一个整体隔热层；在本发明中，例如将多块气凝胶内隔热层铺敷在待热防护件(例如导弹舱体)的内表面，多块气凝胶内隔热层彼此之间通过斜面搭接成一个整体隔热层；即在本发明中，两相邻气凝胶内隔热层之间为斜面搭接；在本发明中，所述气凝胶内隔热层斜面搭接材料例如可以为采用现有气凝胶材料制成的内隔热层或该气凝胶材料的增强纤维材料；
(2)确定多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度并根据搭接缝隙宽度选择缝隙处理材料；在本发明中，气凝胶内隔热层敷设时按照气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度大小选择适当的缝隙处理材料；在本发明中，也将缝隙处理材料记作缝隙填充隔热材料；
(3)将选择的所述缝隙处理材料填充在多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙之中，由此完成气凝胶内隔热层的缝隙处理；在本发明中，搭接缝隙即为缝隙填充位置；在本发明中，所述缝隙处理材料在气凝胶内隔热层搭接缝隙之间填充、挤满，形成一个整体的气凝胶内隔热层组件；所述气凝胶内隔热层组件由通过斜面搭接在一起的多块气凝胶内隔热层和填充在多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙之中的所述缝隙处理材料组成。
本发明铺敷气凝胶内隔热层通过彼此之间的斜面搭接相互连接成一个整体隔热层，在气凝胶内隔热层搭接缝隙之间填充，避免热流直接传入舱段内部；本发明在使用中将气凝胶内隔热层之间采用斜面搭接，容易实施后期的填充工艺，且能够将隔热材料充满缝隙；本发明工艺简单、可操作性强，经过试验验证可达到良好的隔热效果。本发明中的缝隙处理方法能够降低气凝胶内隔热层产品缝隙处与产品中心温度差，提高气凝胶内隔热层产品整体隔热性能。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，斜面搭接的倾斜角度一般为30°～60°(例如30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°)；在本发明中，如图2中，用α表示斜面搭接的倾斜角。在本发明中，斜面搭接的倾斜角度小于30°的气凝胶内隔热层在加工、运输、搬运过程中倾斜角端部容易受损，影响气凝胶内隔热层完整性，从而影响到整体内隔热层的隔热效果；搭接的倾斜角度大于60°的气凝胶内隔热层，斜面搭接角度接近直面对接，多块组合为整体的内隔热层隔热效果提升不明显。
根据一些优选的实施方式，所述缝隙处理材料的宽度与所述气凝胶内隔热层的斜面宽度相同，所述缝隙处理材料的长度与所述气凝胶内隔热层的斜面长度相同。
根据一些优选的实施方式，多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为0～2mm(例如0、0.2、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8或2mm)，更优选为0.5～2mm。在本发明中，所述气凝胶内隔热层中的增强纤维不同，气凝胶基体种类不同，其复合而成的气凝胶内隔热层斜面尺寸公差不同，例如由所述玻璃纤维和二氧化硅气凝胶复合而成的气凝胶内隔热层为柔性材料，在斜面加工时公差难控制，大多数为1～2mm；所述玄武岩纤维和二氧化硅气凝胶复合而成的气凝胶内隔热层为半刚性材料，在斜面加工时公差可控制为0.5～1.5mm。
根据一些优选的实施方式，所述缝隙处理材料为纤维增强气凝胶类缝隙处理材料和/或增强纤维类缝隙处理材料。
根据一些优选的实施方式，所述增强纤维类缝隙处理材料选自由玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、二氧化锆纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维中的一种或多种纤维制成。
根据一些优选的实施方式，所述纤维增强气凝胶类缝隙处理材料由增强纤维和气凝胶复合而成；所述增强纤维选自玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、二氧化锆纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维中的一种或多种；所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶、三氧化二铝气凝胶和纤维素气凝胶中的一种或多种。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，当多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为0～1mm例如为0.5～1mm时，选择增强纤维类缝隙处理材料；例如所述玻璃纤维和二氧化硅气凝胶复合而成的气凝胶内隔热层，搭接缝隙宽度为1mm时，可选用厚度为2mm的增强玻璃纤维挤压填充在缝隙内，而厚度小于2mm的玻璃纤维增强气凝胶内隔热层作为缝隙填充材料难加工，厚度大于或等于2mm的玻璃纤维增强气凝胶材料作为缝隙填充材料，1mm缝隙宽度空间无法满足使用，例如当搭接缝隙宽度为0.5mm时，选用厚度为1mm的纤维增强气凝胶类缝隙处理材料无法挤压在缝隙内；所述增强纤维类缝隙处理材料优选为选自由玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、二氧化锆纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维中的一种或多种纤维制成。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，当多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为1～2mm时，选择纤维增强气凝胶类缝隙处理材料；在本发明中，搭接缝隙宽度为1～2mm例如1.2～2mm时，选用纤维增强气凝胶类材料作为缝隙填充材料能有效提升内隔热层整体隔热效果；所述纤维增强气凝胶类缝隙处理材料优选为选自玄武岩纤维增强二氧化硅气凝胶材料、玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶材料、高硅氧纤维增强二氧化硅气凝胶材料、玄武岩纤维增强三氧化二铝气凝胶材料、玻璃纤维增强三氧化二铝气凝胶材料、高硅氧纤维增强三氧化二铝气凝胶材料、玄武岩纤维增强纤维素气凝胶材料、玻璃纤维增强纤维素气凝胶材料和高硅氧纤维增强纤维素气凝胶材料中的一种或多种。
根据一些具体的实施方式，本发明中的气凝胶内隔热层的缝隙处理方法采用如下工艺步骤：
①将气凝胶内隔热层在舱体内表面进行预装配，加工斜面搭接如图2所示，倾斜角α：30°～60°，确定气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度、长度大小。
②根据气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度大小选择适当的缝隙处理材料，并使得缝隙处理材料宽度与气凝胶内隔热层斜面宽度一致，长度与气凝胶内隔热层斜面长度一致；气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度大小介于0mm～1mm，选用增强纤维类缝隙处理材料；气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度大小介于1mm～2mm，选用纤维增强气凝胶类缝隙处理材料。缝隙处理材料选择可以根据该气凝胶内隔热层中的气凝胶化学成分，以及增强纤维性能进行选择，这样可以使缝隙处理材料与气凝胶内隔热层材料性能保持一致；例如可以选择玄武岩纤维增强二氧化硅气凝胶材料，玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶材料、玄武岩纤维、玻璃纤维、高硅氧纤维等。
③将缝隙处理材料(缝隙填充隔热材料)按如图3所示挤压填充在气凝胶内隔热层之间的缝隙填充位置。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的缝隙处理方法处理后得到的气凝胶内隔热层组件(气凝胶内隔热层产品)；所述气凝胶内隔热层组件由通过斜面搭接在一起的多块气凝胶内隔热层和填充在多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙之中的所述缝隙处理材料组成。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。这些实施例只是就本发明的优选实施方式进行举例说明，本发明的保护范围不应解释为仅限于这些实施例。
实施例1
一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法，采用如下工艺步骤：
①将多块采用二氧化硅气凝胶制成的气凝胶内隔热层在舱体内表面进行预装配，加工斜面搭接如图2所示，倾斜角α：45°，确定气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度为1.5mm左右。
②根据气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度大小选择厚度为2mm的玄武岩纤维增强二氧化硅气凝胶材料作为缝隙填充隔热材料，并使得缝隙填充隔热材料宽度与气凝胶内隔热层斜面宽度一致，长度与气凝胶内隔热层斜面长度一致。
③将缝隙填充隔热材料按如图3所示挤压填充在气凝胶内隔热层之间的缝隙填充位置。
本实施例制得的20mm厚样件在使用600℃加热，不同时间隔热性能如表1所示；现有技术中通过阶梯搭接进行缝隙处理(缝隙宽度为1.5mm左右，同样选择厚度为2mm的玄武岩纤维增强二氧化硅气凝胶材料作为缝隙填充隔热材料)得到的厚度为20mm的气凝胶内隔热层样件在使用600℃加热，不同时间隔热性能如表1所示。
实施例2
一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法，采用如下工艺步骤：
①将多块采用二氧化硅气凝胶制成的气凝胶内隔热层在舱体内表面进行预装配，加工斜面搭接如图2所示，倾斜角α：45°，确定气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度为0.5mm左右。
②根据气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度大小选择厚度为1mm的玄武岩纤维制成的增强纤维类缝隙处理材料作为缝隙填充隔热材料，并使得缝隙填充隔热材料宽度与气凝胶内隔热层斜面宽度一致，长度与气凝胶内隔热层斜面长度一致。
③将缝隙填充隔热材料按如图3所示挤压填充在气凝胶内隔热层之间的缝隙填充位置。
本实施例制得的20mm厚样件在使用600℃加热，不同时间隔热性能表如2所示；现有技术中通过阶梯搭接进行缝隙处理(缝隙宽度为0.5mm左右，同样选择厚度为1mm的玄武岩纤维制成的增强纤维类缝隙处理材料作为缝隙填充隔热材料)得到的厚度为20mm的气凝胶内隔热层样件在使用600℃加热，不同时间隔热性能如表2所示。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，将多块采用二氧化硅气凝胶制成的气凝胶内隔热层在舱体内表面进行预装配，加工斜面搭接如图2所示，倾斜角α：20°，确定气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度为1.5mm左右。缝隙处理方式与实施例1的方法一样。
实施例3制得的样件隔热性能与实施例1制得的样件隔热性能差别不大，但其在加工、运输、搬运过程中倾斜角端部容易受损，影响气凝胶内隔热层完整性，从而影响到整体内隔热层的隔热效果。
本实施例制得的20mm厚样件在使用600℃加热，不同时间隔热性能如表3所示。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，将多块采用二氧化硅气凝胶制成的气凝胶内隔热层在舱体内表面进行预装配，加工斜面搭接如图2所示，倾斜角α：70°，确定气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度为1.5mm左右。缝隙处理方式与实施例1的方法一样。
本实施例制得的20mm厚样件在使用600℃加热，不同时间隔热性能如表4所示。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤②中，根据气凝胶内隔热层之间的缝隙宽度大小为1.5mm左右选择厚度为2mm的玄武岩纤维制成的增强纤维类缝隙处理材料作为缝隙填充隔热材料，并使得缝隙填充隔热材料宽度与气凝胶内隔热层斜面宽度一致，长度与气凝胶内隔热层斜面长度一致。
本实施例制得的20mm厚样件在使用600℃加热，不同时间隔热性能如表5所示。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种气凝胶内隔热层的缝隙处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将多块气凝胶内隔热层之间通过斜面搭接成一个整体隔热层；
(2)确定多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度并根据搭接缝隙宽度选择缝隙处理材料；
(3)将缝隙处理材料填充在多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙之中，由此完成气凝胶内隔热层的缝隙处理。
2.根据权利要求1所述的缝隙处理方法，其特征在于：
在步骤(1)中，斜面搭接的倾斜角度为30°～60°。
3.根据权利要求1所述的缝隙处理方法，其特征在于：
所述缝隙处理材料的宽度与所述气凝胶内隔热层的斜面宽度相同，所述缝隙处理材料的长度与所述气凝胶内隔热层的斜面长度相同。
4.根据权利要求1所述的缝隙处理方法，其特征在于：
多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为0～2mm。
5.根据权利要求1所述的缝隙处理方法，其特征在于：
所述缝隙处理材料为纤维增强气凝胶类缝隙处理材料和/或增强纤维类缝隙处理材料。
6.根据权利要求5所述的缝隙处理方法，其特征在于：
所述增强纤维类缝隙处理材料选自由玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、二氧化锆纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维中的一种或多种纤维制成。
7.根据权利要求5所述的缝隙处理方法，其特征在于：
所述纤维增强气凝胶类缝隙处理材料由增强纤维和气凝胶复合而成；
所述增强纤维选自玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、氧化铝纤维、二氧化锆纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙纶纤维和纤维素纤维中的一种或多种；
所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶、三氧化二铝气凝胶和纤维素气凝胶中的一种或多种。
8.根据权利要求1至7任一项所述的缝隙处理方法，其特征在于：
在步骤(2)中，当多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为0～1mm时，选择增强纤维类缝隙处理材料。
9.根据权利要求1至7任一项所述的缝隙处理方法，其特征在于：
在步骤(2)中，当多块所述气凝胶内隔热层之间的搭接缝隙宽度为1～2mm时，选择纤维增强气凝胶类缝隙处理材料。
10.由权利要求1至9中任一项所述的缝隙处理方法处理后得到的气凝胶内隔热层组件。
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