CN114311870A - 一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114311870A
CN114311870A CN202111670330.8A CN202111670330A CN114311870A CN 114311870 A CN114311870 A CN 114311870A CN 202111670330 A CN202111670330 A CN 202111670330A CN 114311870 A CN114311870 A CN 114311870A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
layer
proof
curing
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111670330.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114311870B (zh
Inventor
贺晓伟
罗海涛
方登科
谢道成
黄拓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei Sanjiang Aerospace Group Hongyang Electromechanical Co Ltd
Original Assignee
Hubei Sanjiang Aerospace Group Hongyang Electromechanical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubei Sanjiang Aerospace Group Hongyang Electromechanical Co Ltd filed Critical Hubei Sanjiang Aerospace Group Hongyang Electromechanical Co Ltd
Priority to CN202111670330.8A priority Critical patent/CN114311870B/zh
Publication of CN114311870A publication Critical patent/CN114311870A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114311870B publication Critical patent/CN114311870B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明特别涉及一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法，属于隔热材料技术领域，复合材料包括隔热层、过渡层和防热层，所述过渡层设于所述隔热层和所述防热层之间；所述隔热层的原料包括改性酚醛树脂和石英纤维毡；所述过渡层的原料包括混合多功能树脂和第一石英纤维布；所述防热层的原料包括酚醛树脂、耐烧蚀填料和第二石英纤维布；隔热层、过渡层和防热层的基体材料均选用具有良好烧蚀性能的酚醛树脂材料体系，彼此间具有良好的结合性和相容性，有利于消除明显的材料界面，提升界面结合效果；防热层和隔热层之间采用酚醛混合树脂为过渡层，达到材料性能梯度渐变的目的，从而解决了目前热防护材料各层间易发生剥离的问题。

Description

一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于隔热材料技术领域，特别涉及一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法。
背景技术
飞行器在临近空间大气层内进行大范围变轨机动飞行，具有较大飞行马赫及较长飞行时间，属典型的长航时、高热焓有氧环境，传统的烧蚀防热材料在该热环境下无法充分发挥烧蚀吸热特点导致热防护效果下降，且由于材料自身热导率和密度偏大，导致无法满足飞行器发展所提出的低密度、整体化、一体化、高效隔热和近零烧蚀的产品需求。
热防护材料及技术研究是热力学领域的重要项目，目前主流的热防护材料结构一般设计为由热防护层与隔热层复合而成的多层结构。由于材料性能差异，材料体系中存在明显材料界面，在高压热流环境下，易导致不同材料界面间存在热不匹配和应力集中问题，使得在材料界面位置存在较大的热载荷和热应力，而易发生剥离破坏。
发明内容
本申请的目的在于提供一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法，以解决目前热防护材料各层间易发生剥离的问题。
本发明实施例提供了一种防热隔热双梯度功能复合材料，所述复合材料包括隔热层、过渡层和防热层，所述过渡层设于所述隔热层和所述防热层之间；
所述隔热层的原料包括改性酚醛树脂和石英纤维毡；
所述过渡层的原料包括混合多功能树脂和第一石英纤维布；
所述防热层的原料包括酚醛树脂、耐烧蚀填料和第二石英纤维布。
可选的，所述石英纤维毡的自然状态密度为0.1g/cm3-0.3g/cm3。
可选的，所述混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和溶剂的混合物。
可选的，所述混合多功能树脂中，溶剂、硼酚醛和钡酚醛的质量比为：1.0:1.0-1.2：0.8-1.0。
可选的，所述耐烧蚀填料包括ZrSi2填料、SiO2填料、SiC填料、氮化硼填料、炭黑填料、碳酸钙填料、玻璃微珠填料和陶瓷微珠填料中的至少一种。
可选的，所述耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2-40：100。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
得到预固化隔热层、过渡层和防热层；
将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
可选的，所述预固化隔热层的制备方法包括：
将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
其中，所述固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为10℃-70℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为2h-10h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.05MPa-0.3Mpa；
所述预固化的固化温度为80℃-120℃，所述预固化的固化时间为4h-18h。
可选的，所述过渡层的制备方法包括：
将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
可选的，所述防热层的制备方法包括：
将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的防热隔热双梯度功能复合材料，隔热层、过渡层和防热层的基体材料均选用具有良好烧蚀性能的酚醛树脂材料体系，彼此间具有良好的结合性和相容性，有利于消除明显的材料界面，提升界面结合效果；并通过增加耐烧蚀填料、树脂改性和多功能树脂混合等方式实现对树脂材料性能的定向调控，在外防热层树脂中加入耐烧蚀填料提高材料耐烧蚀性能，内隔热层采用改性低密度酚醛树脂，固化后形成均匀多孔结构达到高效隔热目的。防热层和隔热层之间采用酚醛混合树脂为过渡层，达到材料性能梯度渐变的目的，从而解决了目前热防护材料各层间易发生剥离的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的复合材料的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的缝合方式示意图；
图4是本发明实施例提供的复合材料双梯度结构形成的原理示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种防热隔热双梯度功能复合材料，所述复合材料包括隔热层、过渡层和防热层，所述过渡层设于所述隔热层和所述防热层之间；
所述隔热层的原料包括改性酚醛树脂和石英纤维毡；
所述过渡层的原料包括混合多功能树脂和第一石英纤维布；
所述防热层的原料包括酚醛树脂、耐烧蚀填料和第二石英纤维布。
需要说明的是，隔热层的石英纤维毡采用无序排列的石英纤维毡，防热层及过渡层的第一石英纤维布和第二石英纤维布则采用纤维有序排列石英纤维机织布。
该复合材料的隔热层、过渡层和防热层的基体材料均选用具有良好烧蚀性能的酚醛树脂材料体系，彼此间具有良好的结合性和相容性，有利于消除明显的材料界面，提升界面结合效果；并通过增加耐烧蚀填料、树脂改性和多功能树脂混合等方式实现对树脂材料性能的定向调控，在外防热层树脂中加入耐烧蚀填料提高材料耐烧蚀性能，内隔热层采用改性低密度酚醛树脂，固化后形成均匀多孔结构达到高效隔热目的。防热层和隔热层之间采用酚醛混合树脂为过渡层，达到材料性能梯度渐变的目的，从而解决了目前热防护材料各层间易发生剥离的问题。
在一些实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.1g/cm3-0.3g/cm3。
石英纤维毡设计自然状态密度0.1～0.3g/cm3，能够满足材料低密度要求并提供一定支撑力，在此密度范围，厚度方向按照理论厚度预留10％～30％压缩余量，保证石英纤维针刺毡压缩至指定厚度时材料密度为0.2～0.4g/cm3，10％～30％厚度压缩余量能够有效保证材料与模具的贴合程度，同时避免由压缩量过大导致产生褶皱。
在一些实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和溶剂的混合物。
更优化的，混合多功能树脂中，溶剂、硼酚醛和钡酚醛的质量比可以为：1.0:1.0-1.2：0.8-1.0。具体而言，溶剂可以选优乙醇。
控制溶剂、硼酚醛和钡酚醛的质量比为：1.0:1.0-1.2：0.8-1.0能够使树脂各组分表现出良好的溶解效果而混合均匀，并在固化后展现出良好的耐烧蚀性能和一定的隔热性能，满足复合材料的使用性能要求。
在一些实施例中，耐烧蚀填料可以选自ZrSi2填料、SiO2填料、SiC填料、氮化硼填料、炭黑填料、碳酸钙填料、玻璃微珠填料和陶瓷微珠填料中的至少一种。
更优化的，耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比可以为2-40：100。
控制耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2-40：100能够使得该树脂在固化后展现出符合要求的耐烧蚀性能和热防护效果，同时保证该树脂的符合材料密度在要求范围内，该质量比取值过大会导致复合后树脂材料的密度明显增加并降低材料内部孔隙率，过小会导致复合后树脂无法提供足够的抗烧蚀能力，在高温条件下的材料损失较大。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上所述的防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.得到预固化隔热层、过渡层和防热层；
在一些实施例中，所述预固化隔热层的制备方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，所述固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度可以为10℃-70℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间可以为2h-10h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力可以为0.05MPa-0.3Mpa；
注胶温度为10℃-70℃时，改性酚醛树脂具有良好的流动性和粘度，因此，采用RTM注胶工艺时不需要额外提供较大注胶压力，但需要保证足够的注胶时间以达到树脂的充分浸润，申请人发现注胶时间为2h-10h、注胶压力为0.05MPa-0.3Mpa较为适宜；同时交底的注胶压力能够保证树脂对石英纤维更好的浸润效果，使得固化后材料孔隙结构更加均匀。
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，所述预固化的固化温度可以为80℃-120℃，所述预固化的固化时间可以为4h-18h。
为了保证隔热层材料在进行后续步骤的缝合时能够提供足够的支撑力来保证产品外形面的平整，故需要先对隔热材料进行预固化处理，预固化过程主要是树脂的溶液-凝胶反应而交联形成三维网络结构的过程，通过控制树脂材料的固化温度和固化时间可以对材料的凝胶程度进行调控，获得半固体状态的树脂凝胶，为后续工艺操作提供承载力。同时，半固体凝胶状态的材料其固化反应未进行完全，酚醛树脂分子链上的各类基团仍保持一定反应活性，能够与过渡层树脂材料在后续的共固化过程中发生反应而相互渗透、相互结合，形成过渡区域。预固化温度根据树脂材料中游离酚、水份、六亚甲基四胺(固化剂)含量的不同可在80℃～120℃范围内进行调控，预固化时间则与产品外形尺寸、结构状态相关，产品尺寸越大、材料厚度越大、产品结构越复杂所需预固化时间越长，预固化时间一般控制在4h～18h范围内。
在一些实施例中，所述过渡层的制备方法包括：
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
在一些实施例中，所述防热层的制备方法包括：
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
S1.7.将所述浸渍浆料多第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；缝合的方式可以采用如图3所示的方法进行。
在一些实施例中，采用添加了耐烧蚀填料的酚醛树脂浸渍石英纤维机织布制备外防热层预浸料，采用酚醛混合树脂浸渍石英纤维机织布制备过渡层预浸料，然后将过渡层预浸料逐层铺设于隔热层凝胶表面，然后将防热预浸料逐层铺设于过渡层预浸料，利用石英纤维纱线将预浸料与隔热层材料进行逐层勾缝连接。
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
需要说明的是，共固化的具体操作为：将缝合后材料装入密闭模具中，之后将模具转移至烘箱进行升温，待模具温度达到酚醛类树脂的固化温度点后，各层树脂材料开始软化→流动→相互渗透→产生交联→逐步硬化→固化过程，最终达到共固化效果形成整体结构。
对缝合后材料进行共固化处理，共固化过程中，温度升高树脂流动性增加，在重力、温度和内部压力的共同作用下，各层间界面位置的树脂能够发生相互渗透(如图4所示)，形成材料的梯度过渡，弱化材料界面。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
本实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.1g/cm3；
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为30℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为6h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.05Mpa；
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，预固化的固化温度为90℃，所述预固化的固化时间为8h；
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
本实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和酒精的混合物；酒精、硼酚醛和钡酚醛的质量比为1.0:1.1：0.9；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
本实施例中，耐烧蚀填料包括氮化硼填料；耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2：60；
S1.7.将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
实施例2
一种防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
本实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.3g/cm3；
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为70℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为4h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.3MPa；
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，预固化的固化温度为80℃，所述预固化的固化时间为10h；
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
本实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和酒精的混合物；酒精、硼酚醛和钡酚醛的质量比为1.0:1.0：0.8；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
本实施例中，耐烧蚀填料包括ZrSi2填料；耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2：40；
S1.7.将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
实施例3
一种防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
本实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.2g/cm3；
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为20℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为10h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.1Mpa；
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，预固化的固化温度为120℃，所述预固化的固化时间为4h；
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
本实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和酒精的混合物；酒精、硼酚醛和钡酚醛的质量比为1.0:1.2：1.0；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
本实施例中，耐烧蚀填料包括SiC填料；耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2：100；
S1.7.将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
实施例4
一种防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
本实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.2g/cm3；
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为50℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为8h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.2Mpa；
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，预固化的固化温度为70℃，所述预固化的固化时间为12h；
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
本实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和酒精的混合物；酒精、硼酚醛和钡酚醛的质量比为1.0:1.1：0.9；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
本实施例中，耐烧蚀填料包括碳酸钙填料；耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2：80；
S1.7.将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
实施例5
一种防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
本实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.1g/cm3；
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为40℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为8h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.2Mpa；
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，预固化的固化温度为90℃，所述预固化的固化时间为10h；
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
本实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和酒精的混合物；酒精、硼酚醛和钡酚醛的质量比为1.0:1.1：0.9；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
本实施例中，耐烧蚀填料包括玻璃微珠填料；耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2：70；
S1.7.将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
对比例1
市场购得热防护复合材料，该热防护复合材料为热防护层与隔热层复合而成的多层结构。
对比例2
一种防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
本实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.7g/cm3；
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为100℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为10h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.4Mpa；
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，预固化的固化温度为200℃，所述预固化的固化时间为11h；
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
本实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和酒精的混合物；酒精、硼酚醛和钡酚醛的质量比为1.0:1.5：1.5；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
本实施例中，耐烧蚀填料包括玻璃微珠填料；耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2：120；
S1.7.将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
对比例3
一种防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，所述方法包括：
S1.1.将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
本实施例中，石英纤维毡的自然状态密度为0.05g/cm3；
S1.2.将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
本实施例中，固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为5℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为10h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.4Mpa；
S1.3.将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
本实施例中，预固化的固化温度为50℃，所述预固化的固化时间为14h；
S1.4.将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
本实施例中，混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和酒精的混合物；酒精、硼酚醛和钡酚醛的质量比为1.0:0.8：0.7；
S1.5.将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
S1.6.将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
本实施例中，耐烧蚀填料包括玻璃微珠填料；耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2：10；
S1.7.将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
S1.8.将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
S2.将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
S3.将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
相关实验：
将实施例1-5和对比例1-3制得的复合材料进行使用环境模拟测试，结果如下表所示。
剥离破坏率
实施例1 16.7％
实施例2 18.3％
实施例3 21.6％
实施例4 25.0％
实施例5 20.0％
对比例1 36.7％
对比例2 93.3％
对比例3 86.7％
由上表可得，采用本发明实施例提供的方法制备的复合材料发生剥离破坏的概率大大的降低，通过对比例和实施例的比较可得，当某项参数不在本申请范围内时，会出现材料层间结合力下降。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的复合材料的树脂基体材料选用具有良好烧蚀性能的酚醛树脂材料体系，并通过增加耐烧蚀填料、树脂改性和多功能树脂混合等方式实现对树脂材料性能的定向调控。增强材料选用耐高温的石英纤维材料，隔热层采用无序排列的石英纤维毡，外防热层及过渡层则采用纤维有序排列石英纤维机织布；
(2)本发明实施例提供的复合材料通过在外防热层树脂中加入耐烧蚀填料提高材料耐烧蚀性能，内隔热层采用改性低密度酚醛树脂，固化后形成均匀多孔结构达到高效隔热目的。防热层和隔热层之间采用酚醛混合树脂(硼酚醛和钡酚醛)为过渡层，达到材料性能梯度渐变的目的，并且各层材料均属于酚醛树脂材料体系，彼此间具有良好的结合性和相容性，有利于消除明显的材料界面，提升界面结合效果；
(3)本发明实施例提供的复合材料的内隔热层成型方式主要为RTM注胶固化成型，所采用的改性酚醛树脂在一定温度范围内具有良好的流动性和粘度，因此采用RTM注胶工艺时不需要额外提供较大注胶压力，但需要保证足够的注胶时间以达到树脂的充分浸润。同时低注胶压力能够保证树脂对石英纤维更好的浸润效果，使得固化后材料孔隙结构更加均匀；
(4)本发明实施例提供的方法在制备内隔热层时先进行预固化处理，能够保证隔热层材料在进行过渡层、外防热层预浸料缝合时能够提供足够的支撑力来保证产品外形面的平整，预固化过程主要是树脂的溶液-凝胶反应而交联形成三维网络结构的过程，通过控制树脂材料的固化温度和固化时间可以对材料的凝胶程度进行调控，获得半固体状态的树脂凝胶，为后续工艺操作提供承载力。同时，半固体凝胶状态的材料其固化反应未进行完全，酚醛树脂分子链上的各类基团仍保持一定反应活性，能够与过渡层树脂材料在后续的共固化过程中发生反应而相互渗透、相互结合，形成过渡区域；
(5)本发明实施例提供的方法在缝合后对材料进行共固化处理，共固化过程中，温度升高树脂流动性增加，在重力、温度和内部压力的共同作用下，各层间界面位置的树脂能够发生相互渗透，形成材料的梯度过渡，弱化材料界面；
(6)本发明实施例提供的复合材料在功能与结构在空间成连续变化，由表层防热材料、内层隔热材料和中间过渡层材料组成，材料间结合紧密，有效缓解了材料间的界面效应，提升了材料界面结合性；能够有效提升材料热防护性能、提高型号产品结构效率、简化飞行器热防护系统，实现低成本和高效率生产。
最后，还需要说明的是，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。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种防热隔热双梯度功能复合材料，其特征在于，所述复合材料包括隔热层、过渡层和防热层，所述过渡层设于所述隔热层和所述防热层之间；
所述隔热层的原料包括改性酚醛树脂和石英纤维毡；
所述过渡层的原料包括混合多功能树脂和第一石英纤维布；
所述防热层的原料包括酚醛树脂、耐烧蚀填料和第二石英纤维布。
2.根据权利要求1所述的防热隔热双梯度功能复合材料，其特征在于，所述石英纤维毡的自然状态密度为0.1g/cm3-0.3g/cm3。
3.根据权利要求1所述的防热隔热双梯度功能复合材料，其特征在于，所述混合多功能树脂为硼酚醛、钡酚醛和溶剂的混合物。
4.根据权利要求3所述的防热隔热双梯度功能复合材料，其特征在于，所述混合多功能树脂中，溶剂、硼酚醛和钡酚醛的质量比为：1.0:1.0-1.2：0.8-1.0。
5.根据权利要求1所述的防热隔热双梯度功能复合材料，其特征在于，所述耐烧蚀填料包括ZrSi2填料、SiO2填料、SiC填料、氮化硼填料、炭黑填料、碳酸钙填料、玻璃微珠填料和陶瓷微珠填料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的防热隔热双梯度功能复合材料，其特征在于，所述耐烧蚀填料和所述酚醛树脂的质量比为2-40：100。
7.一种权利要求1至6中任意一项所述的防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
得到预固化隔热层、过渡层和防热层；
将所述预固化隔热层、过渡层和防热层进行缝合，得到缝合初品；
将所述缝合初品进行共固化，得到复合材料。
8.根据权利要求7所述的防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述预固化隔热层的制备方法包括：
将改性酚醛树脂和石英纤维毡进行混合，得到混合物，
将所述混合物进行固化成型，得到成型产物；
将所述成型产物进行预固化，得到预固化隔热层；
其中，所述固化成型采用低压RTM注胶工艺，所述低压RTM注胶工艺的注胶温度为10℃-70℃，所述低压RTM注胶工艺的注胶时间为2h-10h，所述低压RTM注胶工艺的注胶压力为0.05MPa-0.3Mpa；
所述预固化的固化温度为80℃-120℃，所述预固化的固化时间为4h-18h。
9.根据权利要求7所述的防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述过渡层的制备方法包括：
将混合多功能树脂对第一石英纤维布进行浸渍，得到过渡预浸料；
将所述过渡层预浸料进行缝合，得到过渡层。
10.根据权利要求7所述的防热隔热双梯度功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述防热层的制备方法包括：
将酚醛树脂和耐烧蚀填料进行混合，得到浸渍浆料；
将所述浸渍浆料对第二石英纤维布进行浸渍，得到防热预浸料；
将所述防热预浸料进行缝合，得到防热层。
CN202111670330.8A 2021-12-31 2021-12-31 一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法 Active CN114311870B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111670330.8A CN114311870B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111670330.8A CN114311870B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114311870A true CN114311870A (zh) 2022-04-12
CN114311870B CN114311870B (zh) 2023-04-25

Family

ID=81020766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111670330.8A Active CN114311870B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114311870B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117549611A (zh) * 2023-11-24 2024-02-13 江苏天鸟高新技术股份有限公司 一种梯度密度预制体及其制备方法和隔热材料

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150210833A1 (en) * 2011-05-06 2015-07-30 Roxel France Novel thermoprotections obtained by a filament winding process and use thereof
CN109910390A (zh) * 2019-03-04 2019-06-21 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 一种梯度密度树脂复合材料预制体制备方法
CN109968757A (zh) * 2019-04-22 2019-07-05 中国人民解放军国防科技大学 一种耐烧蚀轻质防热隔热一体化复合材料及其制备方法
CN112223856A (zh) * 2020-12-17 2021-01-15 北京玻钢院复合材料有限公司 一种固体火箭发动机长尾喷管的绝热层结构及其制备方法
CN112265347A (zh) * 2020-09-18 2021-01-26 航天特种材料及工艺技术研究所 一种结构承载-烧蚀防热一体化复合材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150210833A1 (en) * 2011-05-06 2015-07-30 Roxel France Novel thermoprotections obtained by a filament winding process and use thereof
CN109910390A (zh) * 2019-03-04 2019-06-21 湖北菲利华石英玻璃股份有限公司 一种梯度密度树脂复合材料预制体制备方法
CN109968757A (zh) * 2019-04-22 2019-07-05 中国人民解放军国防科技大学 一种耐烧蚀轻质防热隔热一体化复合材料及其制备方法
CN112265347A (zh) * 2020-09-18 2021-01-26 航天特种材料及工艺技术研究所 一种结构承载-烧蚀防热一体化复合材料及其制备方法
CN112223856A (zh) * 2020-12-17 2021-01-15 北京玻钢院复合材料有限公司 一种固体火箭发动机长尾喷管的绝热层结构及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117549611A (zh) * 2023-11-24 2024-02-13 江苏天鸟高新技术股份有限公司 一种梯度密度预制体及其制备方法和隔热材料
CN117549611B (zh) * 2023-11-24 2024-05-03 江苏天鸟高新技术股份有限公司 一种梯度密度预制体及其制备方法和隔热材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN114311870B (zh) 2023-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110629543B (zh) 一种隔热材料的制备方法及由该方法制得的隔热材料
CN108046819B (zh) 一种结构功能一体化C/C-SiC摩擦材料及制备方法
CN112936657B (zh) 一种抗氧化叠层结构纤维编织体增强酚醛树脂复合材料的方法
CN113307643B (zh) 一种基于单向带SiCf/SiC复合材料制备方法
CN110982225B (zh) 一种预浸料及其制备方法
CN115108844B (zh) 一种梯度自适应碳纤维/石英纤维复合增强金属磷酸盐基复合材料及其制备方法
CN111285699B (zh) 一种轻质可重复使用的防隔热材料及其制备方法
CN114311870B (zh) 一种防热隔热双梯度功能复合材料及其制备方法
CN108947556B (zh) 一种基于单向带工艺的碳碳复合材料制备方法
CN110951103A (zh) 碳纤维增强酚醛气凝胶复合材料及其制备方法和碳纤维增强炭气凝胶复合材料
CN105541364A (zh) 一种一步致密化生产碳陶汽车制动盘的方法
CN109370216A (zh) 一种三维纤维织物增强聚酰亚胺树脂基复合材料及其制备方法
CN112538233A (zh) 一种表面抗冲刷低密度烧蚀防热材料及其制备方法
CN110202905B (zh) 原位三维树脂复合材料及其应用
CN111002506B (zh) 一种复合材料及其ooa制备方法
CN111016377B (zh) 一种夹层结构复合材料及其ooa制备方法
JP2571251B2 (ja) 摩擦材用炭素繊維強化炭素複合材料
CN115464940A (zh) 大型舱壳低密度梯度复合材料lrtm近净成型技术及方法
CN108839357B (zh) 一种带粉体填料复合材料的热压成型制备方法
CN113831145A (zh) 一种抗氧化的纤维增强硅硼氮复合材料及其制备方法和应用
CN111204086A (zh) 一种梯度结构的碳纤维热塑性预浸织物
CN111674114A (zh) 一种高韧性ooa预浸料及其制备方法
CN115449219B (zh) 二氧化硅气凝胶石英纤维聚酰亚胺三元复合材料及其制备方法和应用
CN109971143A (zh) 一种高强度模具隔热板及其制备方法
CN208730408U (zh) 一种民用飞机方向舵的铺层结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant