CN113997591A - 一种立体网状结构树脂基防热层及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立体网状结构树脂基防热层及其制备方法和应用，属于功能复合材料技术领域。所述方法：制备烧蚀树脂片状增强材料；将烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，制成烧蚀树脂体系条状预制带；将烧蚀树脂体系条状预制带缠绕到模具上，然后进行真空加热加压固化，制得立体网状结构树脂基防热层；缠绕采用平行缠绕的方式，缠绕的厚度为4～15mm，缠绕的速度为10～15r/min，缠绕的压力为1～2MPa，缠绕的温度为100～150℃。本发明制得的防热层具有厚度薄、整体重量轻、层与层之间形成立体网状结构，无明显层间概念，层间强度高，能够很好地实现与金属舱体之间的热变形及应力匹配，实现高剪切强度和剥离强度要求等优点。

Description

一种立体网状结构树脂基防热层及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，尤其涉及一种立体网状结构树脂基防热层及其制备方法和应用。

背景技术

热防护材料一般称为烧蚀材料或烧蚀防热材料，在烧蚀防热材料方面的应用是复合材料在高科技领域的主要用途之一。烧蚀防热材料按其用途可分为导弹弹头烧蚀防热材料、飞船低密度烧蚀材料和航天飞机防热瓦等。近年来临近空间飞行器及长时间飞行武器引起世界各国的广泛关注，该类型飞行器长时间飞行、中低热流密度、中等焓值的服役特征对热防护材料及其结构提出了新的应用环境及要求，包括长时间防热、高效隔热、高承载能力、高可靠性等。外部气动加热严重，在高温和高速气流冲刷的条件下，结构体表面普遍采用一种烧蚀防热复合材料，通过材料在热流作用下发生分解、熔化、蒸发、升华等多种吸热和散热的物理和化学变化，以自身的质量消耗带走大量热能，防止热量传入内部结构，从而达到防热隔热的目的。烧蚀层除了要通过烧蚀剥离带走大量热量以外，剩下的厚度还要用来隔热以保证承载层的温度不超过正常工作温度范围。

传统舱体防热层通常采用纤维预浸布铺放或预浸布带缠绕成型而成，这样成型得到的烧蚀防热层的层间强度较低，容易出现揭层的风险，并且成型在金属舱体外侧的防热层在高温环境使用时，两者之间通常会产生较大的热变形，容易导致防热层与金属舱体发生脱粘或分层现象。此外，现有的舱体防护层无论是单一防护层，还是表面为抗烧蚀层、内部为隔热层的复合结构层为了达到一定的隔热要求，通常防热层或复合结构层的厚度都会较厚，而厚度的增加，又不利于满足轻量化等要求。

因此，针对以上不足，非常需要提供一种立体网状结构树脂基防热层及其制备方法和应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本发明提供了一种立体网状结构树脂基防热层及其制备方法和应用。本发明制得的立体网状结构树脂基防热层具有厚度薄、整体重量轻、层与层之间形成立体网状结构，无明显的层与层之间概念(无明显层间概念)，层间强度高，能够很好地实现与金属舱体之间的热变形及应力匹配，实现高剪切强度和高剥离强度要求等优点。

本发明在第一方面提供了一种立体网状结构树脂基防热层的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备烧蚀树脂片状增强材料；

(2)将所述烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，制成烧蚀树脂体系条状预制带；

(3)将所述烧蚀树脂体系条状预制带缠绕到模具上，然后进行真空加热加压固化，制得立体网状结构树脂基防热层；

所述缠绕采用平行缠绕的方式，缠绕的厚度为4～15mm，缠绕的速度为10～15r/min，缠绕的压力为1～2MPa，缠绕的温度为100～150℃。

优选地，所述真空加热加压固化的真空压力为-0.085MPa以下，所述真空加热加压固化的温度为120～180℃，所述真空加热加压固化的时间为3～8h，所述真空加热加压固化的压力为5～15MPa。

优选地，所述烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为30～100mm，厚度为0.3～1.2mm。

优选地，所述烧蚀树脂片状增强材料的制备包括如下子步骤：

(a)将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠和磨碎纤维混合均匀，得到烧蚀树脂糊；

(b)将所述烧蚀树脂糊均匀涂覆在第一薄膜和第二薄膜上，然后将短切纤维撒落在所述第一薄膜和所述第二薄膜的涂覆有所述烧蚀树脂糊的面上，然后将所述第一薄膜和所述第二薄膜相对粘贴，形成一种两面均覆有薄膜的烧蚀树脂糊片材，再将所述烧蚀树脂糊片材压挤，制得烧蚀树脂片状增强体；

(c)将所述烧蚀树脂片状增强体增稠熟化，制得所述烧蚀树脂片状增强材料。

优选地，在所述烧蚀树脂糊中，各原料的含量以重量份数计为：耐烧蚀树脂100份、稀释剂20～28份、空心微珠20～40份和磨碎纤维6～8份。

优选地，所述短切纤维的加入量占所述烧蚀树脂糊片材总重量的20～40％。

优选地，所述增稠熟化的温度为60～80℃，所述增稠熟化的时间为24～96h。

优选地，所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂中的一种或多种；所述磨碎纤维和/或所述短切纤维为玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、碳纤维、莫来石纤维和SiC纤维中的一种或多种；所述稀释剂为乙醇和/或丙酮；和/或所述第一薄膜和/或所述第二薄膜为聚乙烯薄膜或聚酯薄膜。

本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的立体网状结构树脂基防热层。

本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的立体网状结构树脂基防热层作为金属舱体的防热层的应用。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

(1)传统舱体防热层通常采用纤维预浸布铺放或预浸布带缠绕成型，本发明打破传统，首次将烧蚀树脂片状增强材料制成短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带，并将短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带通过合适的缠绕工艺实现了立体网状结构树脂基防热层的制备，其中的短切纤维可以互相嵌入，形成分布均匀的三维立体结构复合材料；本发明制得的立体网状结构树脂基防热层无明显层间概念，能够提高所述防热层的层间强度；并且，本发明制得的立体网状结构树脂基防热层具有由内到外的微观立体通道，有利于热环境工况状态下气体分解物的排出，显著提高所述防热层的烧蚀性能。

(2)本发明制得的所述立体网状结构树脂基防热层能够很好地实现与金属舱体之间的热变形及应力匹配，实现高剪切强度和高剥离强度要求，应用于金属舱体时无需设置应变协调层等结构即可有效避免防热层开裂脱粘等现象。

(3)本发明制得的所述立体网状结构树脂基防热层厚度薄，综合密度可降至1.0g/cm³，可以显著降低整体防热层重量，提高有效飞行载荷。

(4)本发明制得的所述立体网状结构树脂基防热层可设计性强，具有优良的防隔热性能，满足结构功能一体化设计目标。

(5)本发明引入短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带，通过缠绕工艺实现防热层制备，具有工艺简单易行，成本低等优点，适用于批量化生产。

(6)本发明制得的所述立体网状结构树脂基防热层为三维立体结构，无明显层间概念，显著提高防热层的烧蚀性能。

(7)本发明制得的立体网状结构树脂基防热层适用于高速飞行器的控制舱、载荷舱、仪器舱、战斗部舱等金属结构表层材料的大面积防热。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图。

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立体网状结构树脂基防热层的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备烧蚀树脂片状增强材料；

(2)将所述烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，制成烧蚀树脂体系条状预制带；在本发明中，也将所述烧蚀树脂体系条状预制带记作短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带，优选的是，所述烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为30～100mm，厚度为0.3～1.2mm；在一些具体的实施方式中，例如可以将所述烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，倒卷，制成烧蚀树脂体系条状预制带卷(短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带卷)，备用；本发明的条状预制带采用短切纤维增强烧蚀树脂体系，具有杂乱排布特性，与传统的织物增强烧蚀树脂体系预浸布带明显不同；

(3)将所述烧蚀树脂体系条状预制带缠绕到模具(缠绕模具)上，然后进行真空加热加压固化，制得立体网状结构树脂基防热层(简记为防热层)；

所述缠绕采用平行缠绕的方式，缠绕的厚度为4～15mm(例如4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5或15mm)，缠绕的速度为10～15r/min(例如10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5或15r/min)，缠绕的压力为1～2MPa(例如1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2MPa)，缠绕的温度为100～150℃(例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃)；在本发明中，所述缠绕的厚度为最终制得的立体网状结构树脂基防热层的厚度；在本发明中，例如可以根据舱段产品的结构尺寸，设计、加工缠绕模具，利用数控布带缠绕机将短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带按预定程序缠绕到模具上，预定程序按照本发明的缠绕工艺参数进行设置；在本发明中，在将所述烧蚀树脂体系条状预制带缠绕到所述模具上之前，先对所述模具进行表面清洗，然后对所述模具进行涂脱模剂处理，均匀涂抹模具表面，等待每次涂抹15min后涂下一遍，涂3～4遍；在本发明中，所述真空加热加压固化例如为：将所述烧蚀树脂体系条状预制带缠绕到模具上后，在缠绕成型后的材料外表面依次铺覆隔离膜、吸胶毡、真空袋密封处理，抽真空，通过加热加压固化，使得所述烧蚀树脂体系条状预制带中的耐烧蚀树脂与增强纤维复合成一体，制得所述立体网状结构树脂基防热层。

在本发明中，所述立体网状结构树脂基防热层由短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带，通过缠绕工艺成型在模具上，然后一体加热加压固化而成，加工脱模后，形成为三维立体结构的防热层，该防热层可以与金属舱体套装粘接，作为金属舱体的防热层使用。

传统舱体防热层通常采用纤维预浸布铺放或预浸布带缠绕成型，本发明打破传统，首次将烧蚀树脂片状增强材料制成短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带，并将短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带通过合适的缠绕工艺实现了立体网状结构树脂基防热层的制备；本发明经过大量的创造性实验才得到本发明制备所述防热层的合适的缠绕工艺参数，本发明发现，只有当所述缠绕采用平行缠绕的方式，并且所述缠绕的速度为10～15r/min，所述缠绕的压力为1～2MPa，所述缠绕的温度为100～150℃时，才可以制得本发明抗烧蚀性能优异，隔热性能优异，无明显的层间概念，层间强度高，能够很好地实现与金属舱体之间的热变形及应力匹配，实现高剪切强度和高剥离强度要求的所述立体网状结构树脂基防热层；若缠绕的速度过低，缠绕的压力过低，缠绕的温度过低，会明显影响缠绕的效果，进而对最终制得的防热层的综合性能产生明显不利的影响。

本发明制得的立体网状结构树脂基防热层具有由内到外的微观立体通道，有利于热环境工况状态下气体分解物的排出，显著提高所述防热层的烧蚀性能；本发明制得的所述立体网状结构树脂基防热层为三维立体结构，无明显层间概念，显著提高防热层的烧蚀性能；本发明制得的所述立体网状结构树脂基防热层厚度薄，厚度仅为4～15mm即可实现满足长时间高效防热、高效隔热的要求，综合密度可降至1.0g/cm³，可以显著降低整体防热层重量，提高有效飞行载荷。而令人预料不到的是，本发明制得的所述立体网状结构树脂基防热层还能够很好地实现与金属舱体之间的热变形及应力匹配，实现高剪切强度和高剥离强度要求，应用于金属舱体时无需设置应变协调层等结构即可有效避免防热层开裂脱粘等现象。

根据一些优选的实施方式，所述方法在步骤(3)之后，还包括将制得的所述立体网状结构树脂基防热层与金属舱体套装粘接的步骤。

根据一些优选的实施方式，所述真空加热加压固化的真空压力为-0.085MPa以下，所述真空加热加压固化的温度为120～180℃，所述真空加热加压固化的时间为3～8h，所述真空加热加压固化的压力为5～15MPa，更优选为12～15MPa。在本发明中，所述真空压力为-0.085MPa以下，指的是所述真空压力控制在-0.1～-0.085MPa之间；在本发明中，当所述真空加热加压固化为：将所述烧蚀树脂体系条状预制带缠绕到模具上后，在缠绕成型后的材料外表面依次铺覆隔离膜、吸胶毡、真空袋密封处理，抽真空，通过加热加压固化，使得所述烧蚀树脂体系条状预制带中的耐烧蚀树脂与增强纤维复合成一体，制得所述立体网状结构树脂基防热层时，所述真空压力指的是所述真空袋内的真空压力。

在本发明中，优选为进行真空加热加压固化的压力高达5～15MPa，若真空加热加压固化的压力过低，则不利于得到层间强度高，能够很好地实现与金属舱体之间的热变形及应力匹配，实现高剪切强度和剥离强度要求的所述立体网状结构树脂基防热层。

根据一些优选的实施方式，所述烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为30～100mm(例如30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100mm)，厚度为0.3～1.2mm(例如0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2mm)。在本发明中，优选为所述烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为30～100mm，厚度为0.3～1.2mm，本发明发现，所述烧蚀树脂体系条状预制带的宽度过窄或过宽，厚度过小或过大均不利于缠绕工艺的进行，进而也会影响最终制得的所述立体网状结构树脂基防热层的性能。

根据一些优选的实施方式，所述烧蚀树脂片状增强材料的制备包括如下子步骤：

(a)将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠和磨碎纤维混合均匀，得到烧蚀树脂糊；在本发明中，优选为所述磨碎纤维的长度为0.5～2.0mm；在本发明中，具体地，例如可以将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠和磨碎纤维按比例依次加入到带加热保温装置的混合器中混合均匀，制成烧蚀树脂糊；本发明对所述混合的转速、温度以及时间没有特别的要求，使得各原料混合均匀即可。

(b)将所述烧蚀树脂糊均匀涂覆在第一薄膜和第二薄膜上，然后将短切纤维撒落在所述第一薄膜和所述第二薄膜的涂覆有所述烧蚀树脂糊的面上，然后将所述第一薄膜和所述第二薄膜相对粘贴，形成一种两面均覆有薄膜的烧蚀树脂糊片材，再将所述烧蚀树脂糊片材压挤，制得烧蚀树脂片状增强体；在本发明中，例如可以通过片材机将短切纤维撒落在所述第一薄膜和所述第二薄膜的涂覆有所述烧蚀树脂糊的面上；在本发明中，优选为控制所述短切纤维的长度为6～24mm，短切纤维的加入量占所述烧蚀树脂糊片材总重量的20～40％；在本发明中，例如可以将所述烧蚀树脂糊片材通过滚筒压挤，使得所述烧蚀树脂糊片材内含有的纤维与树脂充分浸渍，成型为片材，制得烧蚀树脂片状增强体；在本发明中，还可以将所述烧蚀树脂片状增强体经过收卷机进行收卷或者通过折叠机进行折叠，备用。

(c)将所述烧蚀树脂片状增强体增稠熟化，制得所述烧蚀树脂片状增强材料；在本发明中，具体地，例如将收卷或折叠的烧蚀树脂片状增强体运送到增稠室增稠熟化，控制增稠熟化温度为60～80℃，增强体增稠熟化时间为24～96h，得到所述烧蚀树脂片状增强材料。

根据一些优选的实施方式，在所述烧蚀树脂糊中，各原料的含量以重量份数计为：

耐烧蚀树脂100份、稀释剂20～28份(例如20、21、22、23、24、25、26、27或28份)、空心微珠20～40份(例如20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40份)和磨碎纤维6～8份(例如6、6.5、7、7.5或8份)；在本发明中，“重量份”在实际的实施例中，可以统一采用质量单位“g”或“kg”等；在本发明中，空心微珠即指的是空心玻璃微珠；本发明发现，该优选的制备烧蚀树脂糊的各原料配比，能够使最终制得的所述立体网状结构树脂基防热层具有更优良的防隔热性能之外，还能显著提高所述立体网状结构树脂基防热层的层间强度、剪切强度以及与金属舱体之间的剥离强度。

根据一些优选的实施方式，所述短切纤维的加入量占所述烧蚀树脂糊片材总重量的20～40％(例如20％、25％、30％、35％或40％)。

根据一些优选的实施方式，所述增稠熟化的温度为60～80℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃)，所述增稠熟化的时间为24～96h(例如24、36、48、60、72、84或96h)。

根据一些优选的实施方式，所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂中的一种或多种；所述磨碎纤维和/或所述短切纤维为玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、碳纤维、莫来石纤维和SiC纤维(碳化硅纤维)中的一种或多种；所述稀释剂为乙醇和/或丙酮；和/或所述第一薄膜和/或所述第二薄膜为聚乙烯薄膜或聚酯薄膜；在本发明中，所述改性酚醛树脂例如可以为钡酚醛树脂，本发明对钡酚醛树脂的来源没有特别的限制，例如可以为直接从市面上购买或者通过现有的制备方法合成的液态钡酚醛树脂。

根据一些更优选的实施方式，所述短切纤维和所述磨碎纤维均为高硅氧纤维，所述耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂。

本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的立体网状结构树脂基防热层。

本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的立体网状结构树脂基防热层作为金属舱体的防热层的应用。

根据一些具体的实施方式，当将本发明制得的立体网状结构树脂基防热层应用在金属舱体的外侧作为防热层时，将制得的所述立体网状结构树脂基防热层与金属舱体套装粘接，所述套装粘接具体包括如下步骤：

初加工：带模具对固化好的立体网状结构树脂基防热层进行外圆的车磨，在模具相应位置对立体网状结构树脂基防热层两端进行分切，外圆和两端长度均预留加工余量。

试装配：将加工好的立体网状结构树脂基防热层脱模，从模具上取下，然后与金属舱段预装配，观察配合间隙和长度余量。

粘接：将立体网状结构树脂基防热层与金属舱体的粘接区域喷砂处理，按配方均匀调制套装结构胶，分别在立体网状结构树脂基防热层和金属舱体粘接区域均匀涂抹结构胶，缓慢将立体网状结构树脂基防热层从金属舱体上方套入金属舱段，均匀控制配合间隙，使用定位加压工装将立体网状结构树脂基防热层加压到金属舱体预定位置，保证胶接层均匀一致，将挤出的结构胶擦净，按固化制度进行固化，所述固化为立体网状结构树脂基防热层套装粘接在金属舱体上作为防热层使用时的固化。

机械加工：使用数控设备对立体网状结构树脂基防热层外形、开孔和两端部等部位进行精加工，满足图纸要求。

下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。

实施例1

一种立体网状结构树脂基防热层，所述防热层采用短切纤维增强烧蚀树脂体系，短切纤维为高硅氧纤维，耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂，通过片材机和分切机制成条状预制带，条状预制带宽度为50mm，厚度为0.3mm，通过缠绕工艺实现立体网状结构树脂基防热层制备，立体网状结构树脂基防热层厚度为6mm，该防热层经加热加压固化后形成为三维立体结构的防热层。

本实施例同时还提供了上述立体网状结构树脂基防热层的制备方法，具体步骤如下：

①将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠和磨碎纤维按比例依次加入到混合器中混合均匀，制成烧蚀树脂糊；其中，耐烧蚀树脂100重量份、稀释剂20重量份、空心微珠20重量份和磨碎纤维6重量份；耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂、稀释剂为丙酮，空心微珠为空心玻璃微珠，磨碎纤维为高硅氧纤维，磨碎纤维的长度为1mm。

②将所述烧蚀树脂糊均匀涂覆在第一薄膜和第二薄膜上，然后将短切纤维通过片材机撒落在所述第一薄膜和所述第二薄膜的涂覆有所述烧蚀树脂糊的面上，然后将所述第一薄膜和所述第二薄膜相对粘贴，形成一种两面均覆有薄膜的烧蚀树脂糊片材，再将所述烧蚀树脂糊片材通过滚筒压挤，制得烧蚀树脂片状增强体；其中，所述第一薄膜和所述第二薄膜均为聚乙烯薄膜；短切纤维为高硅氧纤维，短切纤维的长度为10mm；所述短切纤维的加入量占所述烧蚀树脂糊片材总重量的30％。

③将所述烧蚀树脂片状增强体放置在增稠室中增稠熟化，制得所述烧蚀树脂片状增强材料；控制增稠熟化温度为70℃，增强体增稠熟化时间为72h，得到所述烧蚀树脂片状增强材料。

④将所述烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，制成烧蚀树脂体系条状预制带(短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带)；短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为50mm，厚度为0.3mm。

⑤对金属模具进行表面清洗。

⑥对金属模具涂脱模剂处理，均匀涂抹模具表面，等待每次涂抹15min后涂下一遍，涂3-4遍。

⑦在上述步骤⑥处理后的金属模具表面缠绕所述短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带；其中，所述缠绕采用平行缠绕的方式，缠绕的厚度为6mm，缠绕的速度为12r/min，缠绕的压力为1MPa，缠绕的温度为120℃。

⑧在缠绕成型后的材料外表面依次铺覆隔离膜、吸胶毡、真空袋密封处理，抽真空，通过加热加压固化，使树脂与增强纤维复合成一体，真空袋内的真空压力在-0.085MPa以下，固化温度150℃，固化时间3h，固化压力15MPa，制得立体网状结构树脂基防热层。

实施例2

一种立体网状结构树脂基防热层，所述防热层采用短切纤维增强烧蚀树脂体系，短切纤维为高硅氧纤维，耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂，通过片材机和分切机制成条状预制带，条状预制带宽度为100mm，厚度为1.2mm，通过缠绕工艺实现立体网状结构树脂基防热层制备，立体网状结构树脂基防热层厚度为15mm，该防热层经加热加压固化后形成为三维立体结构的防热层。

本实施例同时还提供了上述立体网状结构树脂基防热层的制备方法，具体步骤如下：

①将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠和磨碎纤维按比例依次加入到混合器中混合均匀，制成烧蚀树脂糊；其中，耐烧蚀树脂100重量份、稀释剂25重量份、空心微珠30重量份、磨碎纤维7重量份；耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂、稀释剂为丙酮，空心微珠为空心玻璃微珠，磨碎纤维为高硅氧纤维，磨碎纤维的长度为1mm

②将所述烧蚀树脂糊均匀涂覆在第一薄膜和第二薄膜上，然后将短切纤维通过片材机撒落在所述第一薄膜和所述第二薄膜的涂覆有所述烧蚀树脂糊的面上，然后将所述第一薄膜和所述第二薄膜相对粘贴，形成一种两面均覆有薄膜的烧蚀树脂糊片材，再将所述烧蚀树脂糊片材通过滚筒压挤，制得烧蚀树脂片状增强体；其中，所述第一薄膜和所述第二薄膜均为聚乙烯薄膜；短切纤维为高硅氧纤维，短切纤维的长度为10mm；所述短切纤维的加入量占所述烧蚀树脂糊片材总重量的30％。

③将所述烧蚀树脂片状增强体放置在增稠室中增稠熟化，制得所述烧蚀树脂片状增强材料；控制增稠熟化温度为70℃，增强体增稠熟化时间为72h，得到所述烧蚀树脂片状增强材料。

④将所述烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，制成烧蚀树脂体系条状预制带(短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带)；短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为100mm，厚度为1.2mm。

⑤对金属模具进行表面清洗。

⑥对金属模具涂脱模剂处理，均匀涂抹模具表面，等待每次涂抹15min后涂下一遍，涂3-4遍。

⑦在上述步骤⑥处理后的金属模具表面缠绕所述短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带；其中，所述缠绕采用平行缠绕的方式，缠绕的厚度为15mm，缠绕的速度为15r/min，缠绕的压力为2MPa，缠绕的温度为120℃。

⑧在缠绕成型后的材料外表面依次铺覆隔离膜、吸胶毡、真空袋密封处理，抽真空，通过加热加压固化，使树脂与增强纤维复合成一体，真空袋内的真空压力在-0.085MPa以下，固化温度150℃，固化时间3h，固化压力15MPa，制得立体网状结构树脂基防热层。

实施例3

一种立体网状结构树脂基防热层，所述防热层采用短切纤维增强烧蚀树脂体系，短切纤维为高硅氧纤维，耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂，通过片材机和分切机制成条状预制带，条状预制带宽度为70mm，厚度为0.6mm，通过缠绕工艺实现立体网状结构树脂基防热层制备，立体网状结构树脂基防热层厚度为10mm，该防热层经加热加压固化后形成为三维立体结构的防热层。

本实施例同时还提供了上述立体网状结构树脂基防热层的制备方法，具体步骤如下：

①将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠和磨碎纤维按比例依次加入到混合器中混合均匀，制成烧蚀树脂糊；其中，耐烧蚀树脂100重量份、稀释剂28重量份、空心微珠40重量份、磨碎纤维8重量份；耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂、稀释剂为丙酮，空心微珠为空心玻璃微珠，磨碎纤维为高硅氧纤维，磨碎纤维的长度为1mm

②将所述烧蚀树脂糊均匀涂覆在第一薄膜和第二薄膜上，然后将短切纤维通过片材机撒落在所述第一薄膜和所述第二薄膜的涂覆有所述烧蚀树脂糊的面上，然后将所述第一薄膜和所述第二薄膜相对粘贴，形成一种两面均覆有薄膜的烧蚀树脂糊片材，再将所述烧蚀树脂糊片材通过滚筒压挤，制得烧蚀树脂片状增强体；其中，所述第一薄膜和所述第二薄膜均为聚乙烯薄膜；短切纤维为高硅氧纤维，短切纤维的长度为10mm；所述短切纤维的加入量占所述烧蚀树脂糊片材总重量的30％

③将所述烧蚀树脂片状增强体放置在增稠室中增稠熟化，制得所述烧蚀树脂片状增强材料；控制增稠熟化温度为70℃，增强体增稠熟化时间为72h，得到所述烧蚀树脂片状增强材料。

④将所述烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，制成烧蚀树脂体系条状预制带(短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带)；短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为70mm，厚度为0.6mm。

⑤对金属模具进行表面清洗。

⑥对金属模具涂脱模剂处理，均匀涂抹模具表面，等待每次涂抹15min后涂下一遍，涂3-4遍。

⑦在上述步骤⑥处理后的金属模具表面缠绕所述短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带；其中，所述缠绕采用平行缠绕的方式，缠绕的厚度为10mm，缠绕的速度为13.5r/min，缠绕的压力为1.5MPa，缠绕的温度为120℃。

⑧在缠绕成型后的材料外表面依次铺覆隔离膜、吸胶毡、真空袋密封处理，抽真空，通过加热加压固化，使树脂与增强纤维复合成一体，真空袋内的真空压力在-0.085MPa以下，固化温度150℃，固化时间3h，固化压力15MPa，制得立体网状结构树脂基防热层。

对比例1

对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：

步骤⑦为：在经步骤⑥处理后的金属模具表面缠绕所述短切纤维增强烧蚀树脂体系条状预制带；其中，所述缠绕采用斜叠缠绕的方式，缠绕的厚度为10mm，缠绕的角度为20°，缠绕的速度为9r/min，缠绕的压力为0.3MPa，缠绕的温度为150℃。

对比例2

对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：

步骤⑧为：在缠绕成型后的材料外表面依次铺覆隔离膜、吸胶毡、真空袋密封处理，抽真空，通过真空加热加压固化，使树脂与增强纤维复合成一体，真空袋内的真空压力在-0.085MPa以下，固化温度150℃，固化时间3h，固化压力1MPa，制得立体网状结构树脂基防热层。

对比例3

对比例3与实施例1基本相同，不同之处在于：

步骤①为：将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠、助剂、纳米材料增韧剂和磨碎纤维按比例依次加入到混合器中混合均匀，制成烧蚀树脂糊；其中，耐烧蚀树脂100重量份、稀释剂15重量份、空心微珠20重量份、助剂1重量份，纳米材料增韧剂1.5重量份，磨碎纤维5重量份；耐烧蚀树脂为钡酚醛树脂、稀释剂为丙酮，空心微珠为空心玻璃微珠，助剂为BYK W-972，纳米材料增韧剂为丁腈橡胶粒子，磨碎纤维为高硅氧纤维，磨碎纤维的长度为1mm。

本发明还对实施例1～3以及对比例1～3制得的防热层进行了性能测试，结果如表1所示。

表1：实施例1～3以及对比例1～3制得的防热层的性能测试结果。

表1中的线烧蚀率指的是2800K有氧环境下烧蚀1000s的线烧蚀率；其中，剪切强度是指防热层剪断时产生的极限强度；剥离强度，是将制备的防热层套装粘接在金属舱体上之后测试的与金属舱体从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

最后应说明的是：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的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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，并不使相应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)

1.一种立体网状结构树脂基防热层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)制备烧蚀树脂片状增强材料；

(2)将所述烧蚀树脂片状增强材料经分切机分切，制成烧蚀树脂体系条状预制带；

(3)将所述烧蚀树脂体系条状预制带缠绕到模具上，然后进行真空加热加压固化，制得立体网状结构树脂基防热层；

所述缠绕采用平行缠绕的方式，缠绕的厚度为4～15mm，缠绕的速度为10～15r/min，缠绕的压力为1～2MPa，缠绕的温度为100～150℃。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述真空加热加压固化的真空压力为-0.085MPa以下，所述真空加热加压固化的温度为120～180℃，所述真空加热加压固化的时间为3～8h，所述真空加热加压固化的压力为5～15MPa。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述烧蚀树脂体系条状预制带的宽度为30～100mm，厚度为0.3～1.2mm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧蚀树脂片状增强材料的制备包括如下子步骤：

(a)将耐烧蚀树脂、稀释剂、空心微珠和磨碎纤维混合均匀，得到烧蚀树脂糊；

(b)将所述烧蚀树脂糊均匀涂覆在第一薄膜和第二薄膜上，然后将短切纤维撒落在所述第一薄膜和所述第二薄膜的涂覆有所述烧蚀树脂糊的面上，然后将所述第一薄膜和所述第二薄膜相对粘贴，形成一种两面均覆有薄膜的烧蚀树脂糊片材，再将所述烧蚀树脂糊片材压挤，制得烧蚀树脂片状增强体；

(c)将所述烧蚀树脂片状增强体增稠熟化，制得所述烧蚀树脂片状增强材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述烧蚀树脂糊中，各原料的含量以重量份数计为：

耐烧蚀树脂100份、稀释剂20～28份、空心微珠20～40份和磨碎纤维6～8份。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

所述短切纤维的加入量占所述烧蚀树脂糊片材总重量的20～40％。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

所述增稠熟化的温度为60～80℃，所述增稠熟化的时间为24～96h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：

所述耐烧蚀树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、聚芳基乙炔树脂、聚硅氮烷树脂中的一种或多种；

所述磨碎纤维和/或所述短切纤维为玻璃纤维、高硅氧纤维、石英纤维、碳纤维、莫来石纤维和SiC纤维中的一种或多种；

所述稀释剂为乙醇和/或丙酮；和/或

所述第一薄膜和/或所述第二薄膜为聚乙烯薄膜或聚酯薄膜。

9.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的立体网状结构树脂基防热层。

10.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的立体网状结构树脂基防热层作为金属舱体的防热层的应用。

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