CN114058338B - 一种柔性高温相变隔热复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性高温相变隔热复合材料及其制备方法，应用于热防护技术领域，柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：柔性高温相变隔热复合材料包括外层和芯层，外层包覆由第一硅溶胶封端的所述芯层；所述外层包括包覆层和反辐射层；芯层由陶瓷基相变复合材料、第二硅溶胶和陶瓷柔性纤维复合得到；其中，陶瓷基相变复合材料包括陶瓷基吸附载体和无机相变材料；所述柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量如下：陶瓷柔性纤维25～80wt％、吸附载体8～10wt％、无机相变材料10～55wt％、第一硅溶胶和所述第二硅溶胶的总含量1～5wt％以及外层1～5wt％。本发明制备的柔性高温相变隔热复合材料具有优异柔韧性、耐高温且密封性能好、易于装配。

Description

一种柔性高温相变隔热复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于热防护技术领域，具体涉及到一种柔性高温相变隔热复合材料及其制备方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，高速飞行器设计速度的不断提高，严重气动加热会使飞行器外表面温度快速升高，这就要求飞行器的热防护系统具有极好的防隔热性能，来确保其内部温度不致过高，为内部的器件及载荷提供一个适宜的温度环境。以氧化铝纤维棉毡、高硅氧纤维棉毡、石英纤维棉毡、莫来石纤维棉毡、硅酸铝纤维棉毡为代表的陶瓷柔性纤维是一种棉被式热防护结构，其安全使用温度从600～1300℃，该纤维棉毡具有韧性、编织性好的优点。但仅利用单一纤维隔热材料很难达到预期的隔热目的，特别是对一些无法增加隔热层厚度的狭小局促空间，要求隔热材料在几十秒甚至数十分钟内将超高温降至合适的温度区间。

相变储能材料是利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，从而缓解能量供求双方在时间、空间上不匹配的有效方式。其中，无机盐相变温域较宽(250～1680℃)，相变焓值范围广(68～1041J/g)，特别适合于中高温条件下使用。中国专利CN102174312A公布了一种纳米多孔陶瓷基相变复合材料陶瓷基相变复合材料及其制备方法，虽然该复合材料的吸热温度段330～575℃，但相变材料的渗漏仍是该工艺急需解决的问题。中国专利CN111890744A公布了一种高温相变隔热复合隔热构件及其制备方法，所述的相变材料温度范围为200～900℃，该方案用气凝胶多孔材料、硅橡胶为包覆材料，有利解决了相变材料易泄露问题，但错层的交替结构制约了复合材料的柔韧性。因此，研制一种在中高温热量下，能短暂进行储能的具有柔韧性、且密封性能好、易于装配、有一定强度的功能型热防护体系是急需解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种柔性高温相变隔热复合材料及其制备方法，解决了高温下无机相变材料热密封差、强度低、柔韧性差等问题，特别适用于有异形结构的热防护部位短时高效隔热。

第一方面，本发明提供了一种柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述柔性高温相变隔热复合材料包括外层和芯层，所述外层包覆由第一硅溶胶封端的所述芯层；

所述外层包括包覆层和反辐射层；

所述芯层由陶瓷基相变复合材料、第二硅溶胶和陶瓷柔性纤维复合得到；其中，所述陶瓷基相变复合材料包括陶瓷基吸附载体和无机相变材料；

所述柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量如下：陶瓷柔性纤维25～80wt％、陶瓷基吸附载体8～10wt％、无机相变材料10～55wt％、所述第一硅溶胶和所述第二硅溶胶的总含量1～5wt％以及外层1～5wt％。

优选地，所述包覆层为高硅氧纤维布、石英纤维布、氧化铝纤维布、碳化硅纤维布、碳纤维布中的至少一种；所述包覆层的厚度为0.1～0.5mm，优选为0.1～0.25mm。

优选地，所述反辐射层为金箔、镍箔或铝箔；所述反辐射层的厚度为0.01～1mm，优选为0.05～0.5mm。

优选地，所述陶瓷基吸附载体为膨胀珍珠岩、硅藻土、高岭土、滑石粉、云母、氢氧化钙、硅酸钙、SiO₂气凝胶粉末中的至少一种；

所述陶瓷基吸附载体的粒径为10～300μm。

优选地，所述无机相变材料的相变温度为300～1500℃，相变焓值为100～1000J/g；

所述无机相变材料为LiF、NaF、MgF₂、KF、MgCl₂、NaCl、NaOH、KOH、Na₂CO₃、LiSO₄、LiOH、NaCl-CaCl₂中的至少一种。

优选地，所述陶瓷柔性纤维为氧化铝纤维棉毡、高硅氧纤维棉毡、石英纤维棉毡、莫来石纤维棉毡、硅酸铝纤维棉毡柔性隔热毡中的至少一种；所述陶瓷柔性纤维的厚度为1～5mm；

所述芯层包括至少一层所述陶瓷柔性纤维；优选为1～6层；

所述芯层的厚度为2～30mm，优选为3～20mm。

优选地，所述陶瓷基相变复合材料的制备方法包括如下步骤：

将所述无机相变材料在300～1200℃下进行熔融，得到液态无机相变材料；然后将所述陶瓷基吸附载体置于所述液态无机相变材料中，得到浸渗有所述液态无机相变材料的陶瓷基吸附载体；然后依次进行干燥热处理、粉碎、球磨，得到所述陶瓷基相变复合材料；

所述陶瓷基相变复合材料的粒径为10～300μm，优选为30～100μm。

优选地，所述芯层的制备方法包括如下步骤：

(1.1)将所述陶瓷基相变复合材料、所述第二硅溶胶和稀释剂进行混匀，得到混合液；

(1.2)将所述混合液涂覆在所述陶瓷柔性纤维上，得到陶瓷柔性纤维增强材料；

(1.3)将至少一层所述陶瓷柔性纤维增强材料进行叠加后再进行封端处理，得到所述芯层。

优选地，所述柔性高温相变隔热复合材料是由所述外层与所述芯层通过纤维线采用上下贯穿的缝合方式缝制得到的；

所述芯层的周边由所述纤维线采用针刺锁式进行缝制；

所述纤维线为石英纤维缝合线、氧化铝纤维缝合线、碳化硅纤维缝合线、和碳纤维缝合线中的至少一种；

所述纤维线的缝合间距≤15mm、针距≤15mm。

优选地，所述反辐射层位于所述包覆层与所述芯层之间。

第二方面，本发明提供了上述第一方面所述的柔性高温相变隔热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将陶瓷基相变复合材料、第二硅溶胶和陶瓷柔性纤维进行复合得到芯层；其中，所述陶瓷基相变复合材料包括陶瓷基吸附载体和无机相变材料；

(2)利用外层对由第一硅溶胶封端的所述芯层进行包覆，得到所述柔性高温相变隔热复合材料；其中，所述外层包括包覆层和反辐射层；

所述柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量如下：陶瓷柔性纤维25～80wt％、陶瓷基吸附载体8～10wt％、无机相变材料10～55wt％、所述第一硅溶胶和所述第二硅溶胶的总含量1～5wt％以及外层1～5wt％。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

(1)在本发明中，将由陶瓷基吸附载体和无机相变材料复合得到的陶瓷基相变复合材料、第二硅溶胶和陶瓷柔性纤维进行复合得到芯层，然后利用外层对芯层进行包覆得到柔性高温相变隔热复合材料。其中，多孔陶瓷基吸附载体直接吸附无机相变材料实现最大化提高无机相变材料在柔性高温相变隔热复合材料中的含量，同时起到了定型封装的效果；陶瓷柔性纤维提高了柔性高温相变隔热复合材料的柔韧性；纤维布和芯层之间放置的金属箔，蔽热了辐射，降低了热流内传。如此，在不增大隔热材料体积尺寸下，实现无机相变材料储热-陶瓷柔性纤维材料一体化隔热的功能性结构。

(2)在本发明中，通过柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量进行限定得到了一种具有优异柔韧性、耐高温且密封性能好、易于装配的复合材料，实现了高热高温下短时高效隔热。

(3)本发明得到的柔性高温相变隔热复合材料具有优异的柔韧性，四点弯曲性能测试结果不低于80.337MPa。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的一种柔性高温相变隔热复合材料(环境温度低于800℃时)的结构图。

图2是本发明提供的一种柔性高温相变隔热复合材料(环境温度高于800℃时)的结构图。

图中：11：包覆层的外表面；12：包覆层；13：芯层；14：反辐射层；15：纤维线；16：包覆层的内表面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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。

如图1和图2所示，本发明提供了一种柔性高温相变隔热复合材料，该柔性高温相变隔热复合材料包括外层和芯层13；

所述外层包括包覆层12和反辐射层14；

所述芯层13由陶瓷基相变复合材料、第二硅溶胶和陶瓷柔性纤维复合得到；其中，所述陶瓷基相变复合材料包括陶瓷基吸附载体和无机相变材料；

所述柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量如下：陶瓷柔性纤维25～80wt％(例如，可以是25wt％、35wt％、45wt％、55wt％、65wt％、75wt％或80wt％)，陶瓷基吸附载体8～10wt％(例如，可以是8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％或10wt％)，无机相变材料10～55wt％(例如，可以是10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％或55wt％)、所述第一硅溶胶和所述第二硅溶胶的总含量1～5wt％(例如，可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％)以及外层1～5wt％(例如，可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％)。

本发明制备的柔性高温相变隔热复合材料具有优异柔韧性、耐高温且密封性能好、易于装配。其中，四点弯曲性能测试结果不低于80.337MPa。

根据一些优选的实施方式，所述包覆层12为高硅氧纤维布、石英纤维布、氧化铝纤维布、碳化硅纤维布、碳纤维布中的至少一种；其中包覆层的厚度为0.1～0.5mm(例如，可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm)，优选为0.1～0.25mm(例如，可以是0.1mm、0.15mm、0.2mm或0.25mm)。

在本发明中，所述包覆层主要起表面密封、固定粘结作用。

需要说明的是，至少一种即为任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。

根据一些优选的实施方式，所述反辐射层14为金箔、镍箔或铝箔；所述反辐射层的厚度为0.01～1mm(例如，可以是0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm或1mm)，优选为0.05～0.5mm(例如，可以是0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm)。

在本发明中，所述反辐射层可以屏蔽热辐射，降低热流内传。

根据一些优选的实施方式，所述陶瓷基吸附载体为膨胀珍珠岩、硅藻土、高岭土、滑石粉、云母、氢氧化钙、硅酸钙、SiO₂气凝胶粉末中的至少一种；所述陶瓷基吸附载体的粒径为10～300μm(例如，可以是10μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm或300μm)。

根据一些优选的实施方式，所述无机相变材料为LiF、NaF、MgF₂、KF、MgCl₂、NaCl、NaOH、KOH、Na₂CO₃、LiSO₄、LiOH、NaCl-CaCl₂中的至少一种；所选无机相变材料的相变温度为300～1500℃(例如，可以为300℃、500℃、650℃、800℃、1000℃、1200℃、1400℃或1500℃)，相变焓值为100～1000J/g(例如，可以为200J/g、350J/g、500J/g、650J/g、800J/g或1000J/g)。

需要说明的是，本发明所采用的相变材料为无机相变材料，包括但不限于上述无机相变材料。

根据一些优选的实施方式，所述陶瓷基相变复合材料的制备方法包括如下步骤：

将所述无机相变材料在300～1200℃(例如，可以为300℃、500℃、650℃、800℃、1000℃或1200℃)下进行熔融，得到液态无机相变材料；然后将所述陶瓷基吸附载体置于所述液态无机相变材料中，得到浸渗有所述液态无机相变材料的陶瓷基吸附载体；然后依次进行干燥热处理、粉碎、球磨，得到所述陶瓷基相变复合材料；

所述陶瓷基相变复合材料的粒径为10～300μm(例如，可以为10μm、40μm、60μm、80μm、100μm、150μm、200μm、260μm或300μm)，优选为30～100μm。

在本发明中，通过将无机相变材料进行熔融浸渗于陶瓷基吸附载体中，能够使该无机相变材料均匀有效地分散在陶瓷基吸附载体中，从而使最终制得的柔性高温相变隔热复合材料的性能更均一。

根据一些优选的实施方式，所述陶瓷柔性纤维为氧化铝纤维棉毡、高硅氧纤维棉毡、石英纤维棉毡、莫来石纤维棉毡、硅酸铝纤维棉毡柔性隔热毡中的至少一种；所述陶瓷柔性纤维的厚度为1～5mm(例如，可以为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm)；

所述陶瓷柔性纤维的耐温范围为300℃～1200℃(例如，可以为300℃、500℃、650℃、800℃、1000℃或1200℃)；

所述芯层13包括至少一层所述陶瓷柔性纤维；优选为1～6层(例如，可以为1层、2层、3层、4层、5层或6层)；

所述芯层的厚度为2～30mm(例如，可以为2mm、6mm、10mm、15mm、20mm、25mm或30mm)，优选为3～20mm。

根据一些优选的实施方式，所述芯层13的制备方法包括如下步骤：

(1.1)将所述陶瓷基相变复合材料添加到含有稀释剂的硅溶胶溶液中，启动高速搅拌器，将基体粉末在溶液中混合均匀得到混合液；

(1.2)将所述混合液涂覆在所述陶瓷柔性纤维上，得到陶瓷柔性纤维增强材料；

(1.3)将至少一层所述陶瓷柔性纤维增强材料层层叠加压实，再对纤维毡两端用硅溶胶封端热处理，得到所述芯层；实现无机相变材料在陶瓷纤维增强体上的柔性结构和反渗透密封。

需要说明的是，稀释剂为无水乙醇。稀释剂有助于使陶瓷基相变复合材料均匀地分散在硅溶胶溶液中，便于后续涂覆均匀。

根据一些优选的实施方式，所述柔性高温相变隔热复合材料是由所述外层与所述芯层13通过纤维线缝制得到；所述外层整体包覆所述芯层13，芯层表面通过纤维线15采用上下贯穿的缝合方式缝制，所述芯层13的周边由所述纤维线15采用针刺锁式进行缝制；所述纤维线的缝合间距≤15mm、针距≤15mm。

所述纤维线15为石英纤维缝合线、氧化铝纤维缝合线、碳化硅纤维缝合线、和碳纤维缝合线中的至少一种；所述纤维线纤维线耐温范围为300～1200℃(例如，可以为300℃、500℃、650℃、800℃、1000℃或1200℃)。

根据一些优选的实施方式，所述反辐射层14位于所述包覆层12与所述芯层13之间。

需要说明的是，当柔性高温相变隔热复合材料所处的环境温度低于800℃时，如图1所示，反辐射层位于包覆层的内表面(即远离高温热源端的表面)和芯层之间；当温度高于800℃时，如图2所示，所述反辐射层位于包覆层的外表面(即面向高温热源端的表面)和芯层之间。

具体地，所述柔性高温相变隔热复合材料，芯层四边采用纤维线针刺锁式，并用包覆层整体包覆芯层和反辐射层。其中，包覆层和芯层表面采用上下贯穿式双重缝合方式进行缝合，包覆层、反辐射层和芯层表面采用上下贯穿式双重缝合方式进行缝合。如此，通过缝合的方式有效固定反辐射层的位置，无需使用粘结剂，从而避免柔性高温相变隔热复合材料在应用过程中受粘结剂耐温的限制。

本发明还提供了一种柔性高温相变隔热复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将选择的无机相变材料进行熔融浸渗于陶瓷基吸附载体中，使无机相变材料在陶瓷基吸附载体中有效分散，然后经过高温干燥热处理，粉碎，球磨，得陶瓷基相变复合材料；

(2)将所述陶瓷基相变复合材料添加到含有稀释剂的硅溶胶溶液中，启动高速搅拌器以混合均匀得到混合液；

(3)将所述混合液涂覆在陶瓷柔性纤维上，得到陶瓷柔性纤维增强材料；

(4)将至少一层所述陶瓷柔性纤维增强材料层层叠加压实，再对纤维毡两端用硅溶胶封端热处理，得到所述芯层；

(5)利用外层整体包覆所述芯层，并用高温纤维线将外层和芯层一体化针刺缝合；其中所述芯层表面通过纤维线采用上下贯穿的缝合方式缝制，所述芯层的周边由所述纤维线采用针刺锁式进行缝制得到所述柔性高温相变隔热复合材料；其中，外层包括包覆层和反辐射层。

所述柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量如下：陶瓷柔性纤维25～80wt％、陶瓷基吸附载体8～10wt％、无机相变材料10～55wt％、步骤(2)和步骤(4)中的硅溶胶的总含量1～5wt％以及外层1～5wt％。

在本发明中，优选的，步骤(1)中所述无机相变材料的相变温度范围为300～1500℃、相变焓值范围为100～1000J/g；所述陶瓷基吸附载体的粒径为10～300μm；步骤(3)中所述陶瓷柔性纤维的厚度为1～5mm；所述陶瓷柔性纤维的耐温范围为300℃～1200℃。

为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种柔性高温相变隔热复合材料及其制备方法进行详细说明。

实施例1：

(1)原材料选择

选择高硅氧棉毡、氢氧化物混合物(KOH70wt％+LiOH30wt％)为无机相变材料、硅藻土、石英纤维布、石英纤维缝合线、铝箔、硅溶胶为原材料组分，其中无机相变材料的相变温度为330～450℃，相变潜热为367.8J/g。

(2)陶瓷基相变复合材料的制备

称取300g KOH70wt％+LiOH30wt％放入马弗炉中加热熔融，480℃完全熔融后加入硅藻土粉末混合均匀，冷却后，用辊磨机粉磨至混合物粒径不大于100μm，得到陶瓷基相变复合材料。

(3)柔性高温相变隔热复合材料的芯层的制备

a.用无水乙醇稀释50g纯硅溶胶至硅溶胶溶液500g，加入步骤(2)中得到的陶瓷基相变复合材料，采用磁力搅拌器于800～1000r/min下进行搅拌30min以混合均匀，得到混合液；

b.称取高硅氧棉毡500g，即由3层高硅氧棉毡组成，每层高硅氧棉毡的厚度为5mm。将步骤a中得到的混合液用软毛刷子涂覆在每层高硅氧棉毡上，高硅氧棉毡两面每次刷涂2min，每间隔2min进行第二次涂覆，每面共计刷涂3次；然后将所得的高硅氧棉毡两端用10g纯硅溶胶进行刷涂密封，并在通风橱中通风干燥5min，再将该高硅氧棉毡层层叠加并压实，并移到烘箱于80℃下固化处理2h，得到柔性高温相变隔热复合材料的芯层。

(4)柔性高温相变隔热复合材料的制备

选取铝箔作为反辐射层，选取双层石英纤维布为包覆层，按芯层形状和大小裁剪铝箔和石英纤维布；然后将铝箔放置于双层石英纤维布和芯层之间，并用双层石英纤维布包裹芯层和铝箔，先将芯层四周用石英纤维缝合线进行锁式缝合，再将芯层上下面通过石英纤维缝合线与铝箔和包覆层进行贯穿式缝合，得到柔性高温相变隔热复合材料。其中，缝合间距≤10mm、针距≤10mm；

(5)隔热性能测试结果

将所制备的柔性高温相变隔热材料通过石英灯红外加热进行考核，在800℃、600s加热条件下，复合材料背温116℃，详见表1。

(6)柔韧性能测试结果

将所制备的柔性高温相变隔热材料进行四点弯曲实验，得到四点弯曲性能测试结果为127.443MPa，详见表1。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同；不同之处在于：

所选相变原材料为MgCl₂，其中无机相变材料的相变温度为714℃，相变潜热为452.7J/g。

实施例2在800℃、600s的石英灯红外加热条件下考核，复合材料背温101℃，详见表1。

实施例2的四点弯曲性能测试结果为99.765MPa，详见表1。

实施例3：

(1)原材料选择

选择石英纤维针刺毡、LiF为无机相变材料、硅酸钙、石英纤维布、石英纤维缝合线、金箔、硅溶胶为原材料组分，其中LiF无机相变材料的相变温度为849℃，相变潜热为1041J/g。

(2)陶瓷基相变复合材料的制备

称取LiF放入马弗炉中加热熔融，860℃完全熔融后加入硅酸钙粉末混合均匀，冷却后，用辊磨机粉磨至混合物粒径500～800μm，得到陶瓷基相变复合材料。

(3)柔性高温相变隔热复合材料的芯层的制备

a.用无水乙醇稀释35g纯硅溶胶至硅溶胶溶液500g，加入步骤(2)中陶瓷基相变复合材料，采用磁力搅拌器于800～1000r/min下进行搅拌30min以混合均匀，得到混合液；

b.称取石英纤维针刺毡500g，即由3层高硅氧棉毡组成，每层高硅氧棉毡的厚度为5mm。步骤a中得到的混合液用软毛刷子涂覆在每层石英纤维针刺毡上，石英纤维针刺毡两面每次刷涂2min，每间隔2min进行第二次涂覆，每面共计刷涂3次；然后将所得的石英纤维针刺毡两端用5g纯硅溶胶进行刷涂密封，并在通风橱中通风干燥5min，再将该石英纤维针刺毡层层叠加并压实，并移到烘箱于100℃下固化处理2h，得到柔性高温相变隔热复合材料的芯层。

(4)柔性高温相变隔热复合材料的制备

选取金箔作为反辐射层，选取双层石英纤维布为包覆层，按芯层形状和大小裁剪金箔和石英纤维布；然后将金箔放置于双层石英纤维布和芯层之间，并用双层石英纤维布包裹芯层，先将芯层四周用石英纤维缝合线进行锁式缝合，再将芯层上下面通过石英纤维缝合线与铝箔和包覆层进行贯穿式缝合，得到柔性高温相变隔热复合材料。其中，缝合间距≤10mm、针距≤10mm；

(5)隔热性能测试结果

将所制备的柔性高温相变隔热材料通过石英灯红外加热进行考核，在1000℃、400s的加热条件下，复合材料背温105℃，详见表1。

(6)柔韧性能测试结果

将所制备的柔性高温相变隔热材料进行四点弯曲实验，得到四点弯曲性能测试结果为91.337MPa，详见表1。

实施例4：

实施例4与实施例3基本相同；不同之处在于：将石英纤维针刺毡层数由原3层增加到4层。

实施例4在1000℃、400s石英灯红外加热条件下考核，复合材料背温97℃，详见表1。

实施例4的四点弯曲性能测试结果为111.682MPa，详见表1。

实施例5：

(1)原材料选择

选择高硅氧棉毡、混合盐(LiF33.0wt％+NaF49.9wt％+MgF₂17.1wt％)为无机相变材料、SiO₂气凝胶粉末、石英纤维布、石英纤维缝合线、铝箔、硅溶胶为原材料组分，其中无机相变材料的相变温度为640～660℃，相变潜热为860J/g。

(2)陶瓷基相变复合材料的制备

称取300g LiF33.0wt％+NaF49.9wt％+MgF₂17.1wt％放入马弗炉中加热熔融，680℃完全熔融后加入SiO₂气凝胶粉末混合均匀，冷却后，用辊磨机粉磨至混合物粒径≤100μm，得到陶瓷基相变复合材料。

(3)柔性高温相变隔热复合材料的芯层的制备

a.用无水乙醇稀释50g纯硅溶胶至硅溶胶溶液500g，加入步骤(2)中陶瓷基相变复合材料，采用磁力搅拌器于800～1000r/min下进行搅拌30min以混合均匀，得到混合液；

b.称取高硅氧棉毡500g，即由3层高硅氧棉毡组成，每层高硅氧棉毡的厚度为5mm。将步骤a中得到的混合液用软毛刷子涂覆在高硅氧棉毡上，高硅氧棉毡两面每次刷涂2min，每间隔2min进行第二次涂覆，每面共计刷涂3次；然后将所得的高硅氧棉毡两端用10g纯硅溶胶刷涂密封，并在通风橱中通风干燥5min，再将该高硅氧棉毡层层叠加并压实，并移到烘箱于80℃下固化处理2h，得到柔性高温相变隔热复合材料的芯层。

(4)柔性高温相变隔热复合材料的制备

选取铝箔作为反辐射层，选取双层石英纤维布为包覆层，按芯层形状和大小裁剪铝箔和石英纤维布布；然后将铝箔放置于双层石英纤维布和芯层之间，并用双层石英纤维布包裹芯层，先将芯层四周用石英纤维缝合线进行锁式缝合，再将芯层上下面通过石英纤维缝合线与铝箔和包覆层进行贯穿式缝合，得到柔性高温相变隔热复合材料。其中，表面缝合间距≤10mm、针距≤10mm；

(5)隔热性能测试结果

将所制备的柔性高温相变隔热材料通过石英灯红外加热进行考核，在800℃、400s的加热条件下，复合材料背温91℃，详见表1。

(6)柔韧性能测试结果

将所制备的柔性高温相变隔热材料进行四点弯曲实验，得到四点弯曲性能测试结果为106.597MPa，详见表1。

表1

由表1可知，本发明实施例所制备得到的柔性高温相变隔热复合材料中无机相变材料的相变温度不低于300℃，柔韧性的四点弯曲性能测试结果不低于80.337MPa，发明人发现所制备柔性高温相变隔热复合材料既具有耐高温特性又有较好的柔韧性。

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 (11)

1.一种柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述柔性高温相变隔热复合材料包括外层和芯层，所述外层包覆有第一硅溶胶封端的所述芯层；所述柔性高温相变隔热复合材料是由所述外层与所述芯层通过纤维线采用上下贯穿的缝合方式缝制得到的；

所述外层包括包覆层和反辐射层；所述反辐射层位于所述包覆层与所述芯层之间；

所述包覆层为高硅氧纤维布、石英纤维布、氧化铝纤维布、碳化硅纤维布、碳纤维布中的至少一种；所述反辐射层为金箔、镍箔或铝箔；

所述芯层由陶瓷基相变复合材料、第二硅溶胶和陶瓷柔性纤维复合得到；其中，所述陶瓷基相变复合材料包括陶瓷基吸附载体和无机相变材料；所述陶瓷基吸附载体为膨胀珍珠岩、硅藻土、高岭土、滑石粉、云母、氢氧化钙、硅酸钙、SiO₂气凝胶粉末中的至少一种；所述无机相变材料为LiF、NaF、MgF₂、KF、MgCl₂、NaCl、NaOH、KOH、Na₂CO₃、LiSO₄、LiOH、NaCl-CaCl₂中的至少一种；

所述陶瓷基相变复合材料的制备方法包括如下步骤：

将所述无机相变材料在300～1200℃下进行熔融，得到液态无机相变材料；然后将所述陶瓷基吸附载体置于所述液态无机相变材料中，得到浸渗有所述液态无机相变材料的陶瓷基吸附载体；然后依次进行干燥热处理、粉碎、球磨，得到所述陶瓷基相变复合材料；

所述芯层的制备方法包括如下步骤：

（1.1）将所述陶瓷基相变复合材料、所述第二硅溶胶和稀释剂进行混匀，得到混合液；

（1.2）将所述混合液涂覆在所述陶瓷柔性纤维上，得到陶瓷柔性纤维增强材料；

（1.3）将至少一层所述陶瓷柔性纤维增强材料进行叠加后再进行封端处理，得到所述芯层；

所述柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量如下：陶瓷柔性纤维25～80wt%、陶瓷基吸附载体8～10wt%、无机相变材料10～55wt%、所述第一硅溶胶和所述第二硅溶胶的总含量1～5wt%以及外层1～5wt%。

2.根据权利要求1所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述包覆层的厚度为0.1～0.5mm；

所述反辐射层的厚度为0.01～1mm。

3.根据权利要求2所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述包覆层的厚度为0.1～0.25mm；

所述反辐射层的厚度为0.05～0.5mm。

4.根据权利要求1所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述陶瓷基吸附载体的粒径为10～300µm。

5.根据权利要求1所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述无机相变材料的相变温度为300～1500℃，相变焓值为100～1000J/g。

6.根据权利要求1所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述陶瓷柔性纤维为氧化铝纤维棉毡、高硅氧纤维棉毡、石英纤维棉毡、莫来石纤维棉毡、硅酸铝纤维棉毡柔性隔热毡中的至少一种；所述陶瓷柔性纤维的厚度为1～5mm；

所述芯层包括至少一层所述陶瓷柔性纤维；

所述芯层的厚度为2～30mm。

7.根据权利要求6所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述芯层包括1～6层所述陶瓷柔性纤维；

所述芯层的厚度为3～20mm。

8.根据权利要求1所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述陶瓷基相变复合材料的粒径为10～300µm。

9.根据权利要求8所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述陶瓷基相变复合材料的粒径为30～100µm。

10.根据权利要求1所述的柔性高温相变隔热复合材料，其特征在于：

所述芯层的周边由所述纤维线采用针刺锁式进行缝制；

所述纤维线为石英纤维缝合线、氧化铝纤维缝合线、碳化硅纤维缝合线、和碳纤维缝合线中的至少一种；

所述纤维线的缝合间距≤15mm、针距≤15mm。

11.基于权利要求1-10中任一所述的柔性高温相变隔热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将陶瓷基相变复合材料、第二硅溶胶和陶瓷柔性纤维进行复合得到芯层；其中，所述陶瓷基相变复合材料包括陶瓷基吸附载体和无机相变材料；

（2）利用外层对由第一硅溶胶封端的所述芯层进行包覆，得到所述柔性高温相变隔热复合材料；其中，所述外层包括包覆层和反辐射层；

所述柔性高温相变隔热复合材料中各组分的含量如下：陶瓷柔性纤维25～80wt%、陶瓷基吸附载体8～10wt%、无机相变材料10～55wt%、所述第一硅溶胶和所述第二硅溶胶的总含量1～5wt%以及外层1～5wt%。

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