CN115179609A - 一种轻质疏导防隔热复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质疏导防隔热复合材料，包含增强体和耐烧蚀基体，其中增强体包括耐高温无机纤维织物层和高导热碳纤维织物层，每一层高导热碳纤维织物层夹在两层耐高温无机纤维织物层之间；耐烧蚀基体包含耐烧蚀树脂和无机粒子。本发明还公开了复合材料的制备方法，首先将耐高温无机纤维逐层叠层针刺，形成无机纤维织物层，再将碳纤维织物夹在两层无机纤维织物层中间后，得到夹层结构增强体，最后采用溶液凝胶和真空浸渍树脂传递模塑法成型制备复合材料。本发明复合材料具有低密度和热导率，在长时有氧气动热环境中线烧蚀率极低，兼具良好的隔热及力学性能，可用于航天飞行器大面积防隔热及对防热和承载要求较高、减重需求迫切的防隔热结构。

Description

一种轻质疏导防隔热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种轻质疏导防隔热复合材料及其制备方法。
背景技术
航天飞行器再入大气层时产生严重的气动加热，热防护系统是确保飞行器内部电子元器件和载人空间正常工作所必须依赖的关键子系统之一，而防热材料是热防护系统中至关重要的部分，其有效性关乎飞行成败甚至人类生命安全。随着我国载人航天、探月工程、未来深空探测和载人登月等系列工程的逐步展开，航天飞行器再入速度越来越高，所面临的热环境愈发严酷，对热防护材料也提出了更高的需求，不仅要求热防护系统结构的简捷化和轻质化，也要求多功能化，即在实现防热的同时兼具隔热的功能。
碳/酚醛复合材料、石英/酚醛复合材料是典型的树脂基烧蚀防热材料，密度1.4～1.7g/cm3，主要应用于传统再入飞行器面临高焓高热流气动环境。增强纤维的耐热性在很大程度上决定了烧蚀复合材料的适用环境，石英/酚醛适用于中短时中低热流环境，碳/酚醛适用于短时高热流环境。碳纤维密度低、耐温高，但热导率高、易氧化，石英纤维不氧化，热导率低，但熔点低，当烧蚀表面温度超过1600℃时出现严重的烧蚀后退现象。新型航天飞行器面临长时有氧中低热流气动环境，表面温度超过1600℃，传统的致密烧蚀材料在该环境下表现出隔热性能差、抗氧化性能差、烧蚀后退量大、超重等缺点，无法满足热防护需求。返回舱使用的低密度烧蚀材料具有优异的隔热性能，如SLA-561、AVCOAT和H96，这些材料通过增强蜂窝保持结构完整性，然而，在有氧环境中烧蚀量后退较大，长时烧蚀造成气动外形变化，影响飞行器再入控制精度。
研究发现，轻质酚醛浸渍烧蚀型防热复合材料是以多孔酚醛树脂为基体，具有较低的热导率。酚醛树脂基体在烧蚀防热的同时，多孔的复合材料骨架又能提供一定的隔热效果，满足防/隔热的需求。但是，多孔有机树脂基体由于比表面积大的特性较普通致密型酚醛树脂基体分解速率大，产生的多孔碳化层强度较低、结构脆弱，在有氧环境中易发生氧化作用，破坏多孔碳层结构，从而导致复合材料抗氧化和抗冲刷能力不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种轻质疏导防隔热复合材料及其制备方法。本发明复合材料包含夹层结构的增强体和耐烧蚀基体，其中增强体包括耐高温无机纤维织物层和高导热碳纤维织物层，每一层高导热碳纤维织物层夹在两层耐高温无机纤维织物层之间；耐烧蚀基体包含耐烧蚀树脂和无机粒子。本发明复合材料的制备方法中，首先将耐高温无机纤维逐层叠层针刺，形成高温无机纤维织物层，再将高导热碳纤维织物夹在两层高温无机纤维织物层中间后，得到夹层结构增强体，最后采用溶液凝胶和真空浸渍树脂传递模塑方法成型整体复合材料。本发明复合材料具有低密度和热导率，在长时有氧气动热环境中线烧蚀率极低，兼具良好的隔热及力学性能，可用于航天飞行器大面积防隔热功能材料及对防热和承载要求较高、减重需求较迫切的防隔热结构材料。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种轻质疏导防隔热复合材料，包括增强体和耐烧蚀基体；
增强体为夹层结构，包括耐高温无机纤维织物层和高导热碳纤维织物层，其中每一层高导热碳纤维织物层夹在两层耐高温无机纤维织物层之间；
耐烧蚀基体包含耐烧蚀树脂和无机粒子；
以该轻质疏导防隔热复合材料的总质量为100％计算，各组分质量百分数含量如下：
耐高温无机纤维织物 40％～50％；
高导热碳纤维织物 10％～20％；
耐烧蚀树脂30％～50％；
无机粒子1％～5％；
所述耐高温无机纤维织物层中的耐高温无机纤维为石英纤维，高硅氧纤维或氧化铝纤维中的一种或一种以上组合；所述高导热碳纤维织物层中的高导热碳纤维为中间相沥青碳纤维。
进一步的，所述增强体中包括1～3层高导热碳纤维织物层。
进一步的，所述耐高温无机纤维织物层为耐高温无机纤维的针刺毡；
所述耐烧蚀基体为具有微米级孔隙的多孔材料；
所述高导热碳纤维织物层为单向织物，二维多向织物或三维多向织物；
所述耐烧蚀树脂为线性酚醛树脂，高碳酚醛树脂或有机硅树脂中的一种或一种以上组合；
所述无机粒子为硅化钼，碳化硅或硼化锆中的一种或一种以上的组合。
进一步的，所述增强体中耐高温无机纤维织物层的密度为0.10～0.30g/cm3，厚度为1～20mm。
进一步的，所述增强体中高导热碳纤维织物层的面密度为50～1000g/m2，厚度为0.5～10mm，此处的厚度指高导热碳纤维织物层的总厚度，高导热碳纤维织物层为≥1层碳纤维单层织物铺层得到；
所述轻质疏导防隔热复合材料的平均密度为0.3～0.8g/cm3。
进一步的，所述高导热碳纤维织物层中的高导热碳纤维的热导率不低于500W/(m·K)。
上述一种轻质疏导防隔热复合材料的制备方法，包括：
将耐高温无机纤维梳理成网胎，将所得若干层网胎逐层叠层针刺，形成耐高温无机纤维织物层；所述耐高温无机纤维为石英纤维，高硅氧纤维或氧化铝纤维中的一种或一种以上组合；
将连续高导热碳纤维编织成高导热碳纤维织物，得到高导热碳纤维织物层；所述高导热碳纤维为中间相沥青碳纤维；
在高温无机纤维织物层表面铺设高导热碳纤维织物层，得到高孔隙率的夹层结构的增强体；
将无机粒子、溶剂和分散剂混合，并超声分散后，得到无机粒子浆料；
将耐烧蚀树脂、催化剂和溶剂配制成耐烧蚀树脂溶液，将无机粒子浆料加入所述耐烧蚀树脂溶液中，搅拌后得到耐烧蚀基体；
将增强体置于模具中，并采用真空树脂传递工艺将耐烧蚀基体导入模具中，依次进行加热、保温、脱模和干燥工序，得到密度为0.3～0.8g/cm3的轻质疏导防隔热复合材料。
进一步的，上述轻质疏导防隔热复合材料的制备方法中，所述耐烧蚀树脂为线性酚醛树脂，高碳酚醛树脂或有机硅树脂中的一种或一种以上组合；
所述无机粒子为硅化钼，碳化硅或硼化锆中的一种或一种以上的组合。
进一步的，上述轻质疏导防隔热复合材料的制备方法中，将无机粒子、溶剂和分散剂混合时，所用溶剂为水，乙醇或异丙醇中的一种，分散剂为聚乙二醇，分散剂质量与无机粒子的质量比为1～10:10；所述无机粒子浆料中无机粒子的质量百分比为1～10％；
将耐烧蚀树脂、催化剂和溶剂配制成耐烧蚀树脂溶液时，催化剂为弱碱类，包括稀氨水，碳酸氢钠溶液或碳酸钾中的一种或一种以上组合，催化剂与耐烧蚀树脂的质量比为1～10:100；所述耐烧蚀树脂溶液中耐烧蚀树脂的质量百分比为20～60％；
将无机粒子浆料加入所述耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌1～10小时后得到不发生沉降的耐烧蚀基体。
进一步的，上述轻质疏导防隔热复合材料的制备方法中，依次进行加热、保温、脱模和干燥工序时，加热的温度为80～160℃，保温时间为8～60小时。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明轻质疏导防隔热复合材料，通过高孔隙率增强体结构设计并采用耐烧蚀树脂基体制备，具有优异的耐高温性能，在长时有氧气动热环境中线烧蚀率极低，具有优异隔热特性和力学性能，复合材料的密度介于0.3～0.8g/cm3，可作为航天飞行器大面积防隔热层功能材料及对防热和承载要求较高、减重需求较迫切的防隔热结构材料。
(2)本发明轻质疏导防隔热复合材料以交替结构的轻质杂化纤维增强体，上/下层防隔热区采用以短切石英、高硅氧和氧化铝等耐高温无机纤维低密度针刺结构，降低了复合材料的密度和热导率，提高了复合材料骨架的耐温性；中间导热区采用连续高导热中间相沥青碳纤维编织物，提高了中间热层的扩散率，有利于表层局部高热量区迅速转移内层低热区，进一步降低材料上/下表层烧蚀程度和驻点压力，明显降低复合材料的背面温升，实现良好的防热和隔热综合效益。
(3)本发明轻质疏导防隔热复合材料增强体的中间层采用高导热中间相沥青碳纤维制备，力学性能优异，尤其模量很高，提高材料增强体骨架的耐温性及高温力学性能，在超过石英纤维熔点(约1600℃)时仍保持结构稳定性，有利于提高材料在烧蚀过程中的抗冲刷性能。
(4)本发明轻质疏导防隔热复合材料通过在耐烧蚀树脂加入耐高温无机粒子，进一步提高材料烧蚀过程中表面碳化层的质量残留率，提高抗烧蚀性能，更主要的，硅化钼、碳化硅、硼化锆这类高熔点陶瓷无机粒子组分可在1600℃以上使用，具有很高的辐射系数，特别是有氧环境中能保持高辐射系数，烧蚀过程中能有效地通过吸收再辐射大量耗散表面热能，减少进入材料内部的热量，提高防热效率。
(5)本发明轻质疏导防隔热复合材料采用溶液凝胶和真空浸渍树脂传递模塑方法，成型工艺操作简单，获得具有微纳米孔径的复合材料，可降低复合材料的固体热传导与气体热传导，基体树脂烧蚀裂解后具有较高辐射率，可降低复合材料的辐射传热，因此，本发明轻质疏导防隔热复合材料具有优异隔热性能。
附图说明
图1为本发明实施例1和2所得高孔隙率织物夹层增强体结构示意图；
图2为本发明实施例3和4所得高孔隙率织物夹层增强结构体示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明采用了新型的疏导式热防护作为被动热防护，有别于传统方式的热防护机制，本发明采用防热层材料的传热、隔热和辐射散热的物理特性，将高热流区的热量快速传递到低热流区，借助大量的低温面积将严重的气动加热以辐射的方式释放，以降低高热流区的温度，达到现有耐高温材料能够承受的水平，从而实现良好的热防护效率。本发明在多孔有机树脂基烧蚀防热材料体系中引入疏导式热防护层，有望在保证防热材料低密度和优异抗烧蚀氧化性能的同时，实现局部高热量区迅速转移低热区的高效热管理，进一步降低材料表层烧蚀程度和驻点压力，明显提升航天飞行器长时高速飞行能力。
本发明提供一种轻质疏导防隔热复合材料，该复合材料包括高孔隙率夹层增强体和耐烧蚀基体，增强体包括上下层耐高温无机纤维针刺织物及中间层高导热碳纤维织物组成的夹层结构，耐烧蚀基体包括耐烧蚀树脂及无机粒子；以该轻质疏导防隔热复合材料的总质量为100％计算，各组分质量百分数含量如下：
Figure BDA0003662502700000061
所述增强体上下层为耐高温无机纤维的针刺结构预制体，耐高温纤维为石英纤维、高硅氧纤维或氧化铝纤维；
所述增强体中间层为中间相沥青碳纤维织物结构；铺设在两层高温无机纤维织物层中间，得到高孔隙率夹层结构增强体。
所述耐烧蚀基体为线性酚醛、高碳酚醛或有机硅树脂；
所述的无机粒子为硅化钼、碳化硅、硼化锆中的至少一种。
本发明还提供一种轻质疏导防隔热复合材料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将高硅氧纤维或石英纤维或氧化铝纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，形成增强体的上下层；
(2)将连续高导热碳纤维编织成单向、二维或三维多向织物，得到高导热碳纤维织物层，即增强体的中间层；
(3)在步骤(1)得到的增强体上/下层结构上铺层步骤(2)得到的高导热碳纤维织物层，使高导热碳纤维织物层铺设在两层高温无机纤维织物层中间，得到中间层为高导热碳纤维的高孔隙率夹层结构增强体；
(4)将无机粒子、溶剂、分散剂混合，超声分散2小时以上，配制成质量浓度为1～10wt％的浆料；
(5)将耐烧蚀树脂、溶剂和催化剂混合搅拌均匀，得到耐烧蚀树脂溶液，质量浓度在20～60％之间，然后将步骤(4)中的浆料加入到耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌1～10小时直至不发生沉降的耐烧蚀基体；
(6)首先在模具中放置步骤(3)所得高孔隙率夹层结构增强体，再将步骤(5)得到的耐烧蚀基体通过真空树脂传递导入模具中密封，加热至80～160℃，保温反应8～60小时，脱模，干燥，得到轻质疏导防隔热材料，其密度为0.3～0.8g/cm3。
所述步骤(1)中，增强体上/下层的密度为0.10～0.30g/cm3，厚度为1～20mm。
所述的步骤(2)中，增强体中间层的面密度为50～1000g/m2，厚度为0.5～10mm。
所述步骤(2)中，连续高导热碳纤维热导率不低于500W/(m·K)。
所述步骤(4)中，所述的溶剂为水、乙醇或异丙醇中的一种，分散剂为聚乙二醇，分散剂质量与无机粒子的质量比为(10～100):100。
所述步骤(5)中，催化剂为弱碱类，包括稀氨水、碳酸氢钠溶液、碳酸钾等，催化剂与树脂的质量比为(1～10):100。
复合材料选用高孔隙率织物夹层预制体为增强体，上下层防隔热区采用耐高温无机纤维针刺织物，中间导热层采用高导热碳纤维织物，以耐烧蚀树脂及无机粒子为基体体系，通过真空浸渍树脂传递模塑成型制备得到。本发明复合材料密度为0.3～0.8g/cm3，线烧蚀速率＜0.8×10-3mm/s，热导率为0.04～0.1W/(m·K)，具有优良的隔热及力学性能，适用于航天飞行器大面积防隔热部件及对防热和承载要求较高的防隔热系统。
本发明高孔隙率纤维增强体上/下层防隔热区采用热导率低的短切石英纤维，短切高硅氧纤维或短切氧化铝纤维，密度为0.1～0.3g/cm3，通过将短切纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，保证三维织物增强体在厚度方向上的力学强度一致性。
本发明高孔隙率纤维增强体中间层导热区采用热导率很高的高导热中间相沥青碳纤维，热导率≥500W/(mK)，保证中间层经过编织成单向、平面或立体织物后依然保留很高的面内热导率，使得烧蚀表层(即增强体上层或下层)的高热量能通过高导热碳纤维织物中间层迅速转移扩散至低温区；同时，高导热碳纤维中间层的力学性能优异，尤其纤维拉伸模量≥800GPa，可提高材料增强体骨架的耐温性及高温力学性能，在超过石英纤维熔点(约1600℃)时仍保持结构稳定性，有利于提高材料在烧蚀过程中的抗冲刷性能。
本发明无机粒子为硅化钼，碳化硅或硼化锆中的一种或一种以上的组合。为了进一步提高材料表面的辐射散热能力，从而提高材料的防隔热效率，通过在耐烧蚀基体中加入耐高温、抗氧化、具有高发射率的硅化钼、碳化硅、硼化锆等陶瓷无机粒子，有利于提高材料的抗氧化性，降低烧烧蚀速率。
本发明耐烧蚀树脂在通过溶胶凝胶方法最终复合材料中形成树脂基体，实现耐高温无机粒子在多孔有机树脂基体中的均匀分散，选择合适的催化剂促进交联反应，形成固化物，溶剂在后期通过常压干燥逸出复合材料，形成微米孔隙，可降低材料的热导率，使复合材料具有优异的隔热性能。
实施例1
将石英纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，形成厚度约10mm的石英纤维织物，即上下层，(密度0.15g/cm3)；将连续高导热碳纤维(牌号：XN-90，热导率500W/mK)编织成二维平纹布(面密度800g/m2，单层厚度0.6mm)，如图1，在石英纤维织物表面上叠铺两层碳纤维平纹布形成厚度约为1.2mm的增强体中间层；然后将另一层石英纤维织物夹住高导热碳纤维中间层，形成厚度约21mm增强体，即得到高空隙率纤维夹层结构增强体，然后装入钢制模具中。
按原料质量比硅化钼：乙醇：聚乙二醇＝5:90:5比例混合，超声分散5小时，配制成质量浓度为5wt％的浆料；按原料质量比线性酚醛树脂：乙醇和稀氨水＝50:40:10混合搅拌均匀得到耐烧蚀树脂溶液；然后将浆料加入到耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌2小时直至不发生沉降的耐烧蚀基体；将耐烧蚀基体通过真空浸渍树脂传递导入模具中密封，加热至100℃，保温反应24小时，脱模，干燥，得到轻质疏导防隔热材料。
材料的平均密度为0.35g/cm3，平均热导率为0.05W/(m·K)，中间层厚度为1mm，上下防隔热层的厚度各约为9.5mm；厚度方向上的压缩强度为8MPa(10％应变)，平面方向上压缩强度为12MPa；1.0MW/m2/1000s氧乙炔烧蚀的线烧蚀量为0.15mm，背面最高温升为180℃。
实施例2
将短切石英纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，形成厚度约10mm的石英织物，即上下层(密度0.15g/cm3)；将连续高导热碳纤维(牌号：TYG-1，热导率600W/mK)编织成二维平纹布(面密度600g/m2，单层厚度0.22mm)，叠铺五层碳纤维平纹布形成厚度约为1.1mm的增强体中间层；如图1，将上下两层石英纤维织物夹住高导热碳纤维中间层，形成厚度约21mm增强体，即得到高空隙率纤维夹层结构增强体，然后装入钢制模具中。
按原料质量比硅化钼：乙醇：聚乙二醇＝5:90:5比例混合，超声分散5小时，配制成质量浓度为5wt％的浆料；按原料质量比线性酚醛树脂：乙醇和稀氨水＝50:40:10混合搅拌均匀得到耐烧蚀树脂溶液；然后将浆料加入到耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌2小时直至不发生沉降的耐烧蚀基体；将耐烧蚀基体通过真空浸渍树脂传递导入模具中密封，加热至100℃，保温反应24小时，脱模，干燥，得到轻质疏导防隔热材料。
材料的平均密度为0.40g/cm3，平均热导率为0.08W/(m·K)，中间层厚度为1mm，上下防隔热层的厚度各约为9.5mm；厚度方向上的压缩强度为8MPa(10％应变)，平面方向上压缩强度为11MPa；1.0MW/m2/1000s氧乙炔烧蚀的线烧蚀量为0.14mm，背面最高温升为170℃。
实施例3
将高硅氧纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，形成厚度约10mm的高硅氧纤维织物(密度0.20g/cm3)；将连续高导热碳纤维(牌号：XN-90，热导率500W/mK)编织成二维平纹布(面密度800g/m2，单层厚度0.6mm)，叠铺两层碳纤维平纹布形成厚度约为1.2mm的增强体中间层；如图2所示，将三层高硅氧纤维织物的每两层之间各夹住一层高导热碳纤维中间层，形成间隔两层中间层的厚度约32mm增强体，即得到高空隙率夹层结构增强体，然后装入钢制模具中。
按原料质量比硅化钼：水：聚乙二醇＝10:85:5比例混合，超声分散10小时，配制成质量浓度为10wt％的浆料；按原料质量比高碳酚醛树脂：异丙醇和碳酸氢钠溶液＝45:45:10混合搅拌均匀得到耐烧蚀树脂溶液；然后将浆料加入到耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌10小时直至不发生沉降的耐烧蚀基体；将耐烧蚀基体通过真空浸渍树脂传递导入模具中密封，加热至120℃，保温反应12小时，脱模，干燥，得到轻质疏导防隔热材料。
材料的平均密度为0.60g/cm3，平均热导率为0.06W/(m·K)，中间层厚度各为1mm，三层防隔热层的厚度各约为9.5mm；厚度方向上的压缩强度为11MPa(10％应变)，平面方向上压缩强度为16MPa；1.0MW/m2/1000s氧乙炔烧蚀的线烧蚀量为0.13mm，背面最高温升为150℃。
实施例4
将高硅氧纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，形成厚度约10mm的高硅氧纤维织物(密度0.20g/cm3)；将连续高导热碳纤维(牌号：TYG-1，热导率600W/mK)编织成二维平纹布(面密度600g/m2，单层厚度0.22mm)，叠铺五层碳纤维平纹布形成厚度约为1.1mm的增强体中间层；如图2所示，将三层高硅氧纤维织物的每两层之间各夹住一层高导热碳纤维中间层，形成间隔两层中间层的厚度约32mm增强体，即得到高空隙率夹层结构增强体，然后装入钢制模具中。
按原料质量比硅化钼：水：聚乙二醇＝10:85:5比例混合，超声分散10小时，配制成质量浓度为10wt％的浆料；按原料质量比高碳酚醛树脂：异丙醇和碳酸氢钠溶液＝45:45:10混合搅拌均匀得到耐烧蚀树脂溶液；然后将浆料加入到耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌10小时直至不发生沉降的耐烧蚀基体；将耐烧蚀基体通过真空浸渍树脂传递导入模具中密封，加热至120℃，保温反应12小时，脱模，干燥，得到轻质疏导防隔热材料。
材料的平均密度为0.63g/cm3，平均热导率为0.06W/(m·K)，两层中间层厚度各为1mm，三防隔热层的厚度各约为9.5mm；厚度方向上的压缩强度为10MPa(10％应变)，平面方向上压缩强度为17MPa；1.0MW/m2/1000s氧乙炔烧蚀的线烧蚀量为0.13mm，背面最高温升为120℃。
对比例1
将石英纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，形成厚度约10mm的石英纤维织物(密度0.15g/cm3)；形成厚度约20mm增强体，然后装入钢制模具中。
按原料质量比硅化钼：乙醇：聚乙二醇＝5:90:5比例混合，超声分散5小时，配制成质量浓度为5wt％的浆料；按原料质量比线性酚醛树脂：乙醇和稀氨水＝50:40:10混合搅拌均匀得到耐烧蚀树脂溶液；然后将浆料加入到耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌2小时直至不发生沉降的耐烧蚀基体；将耐烧蚀基体通过真空浸渍树脂传递导入模具中密封，加热至100℃，保温反应24小时，脱模，干燥，得到轻质疏导防隔热材料。
材料的平均密度为0.32g/cm3，平均热导率为0.05W/(m·K)，厚度方向上的压缩强度为5MPa(10％应变)，平面方向上压缩强度为8MPa；1.0MW/m2/1000s氧乙炔烧蚀的线烧蚀量为0.25mm，背面最高温升为242℃。
对比例2
将高硅氧纤维梳理成网胎，逐层叠层针刺，形成厚度约10mm的高硅氧纤维织物(密度0.20g/cm3)，将三层高硅氧纤维织物叠加成厚度约30mm增强体，然后装入钢制模具中。
按原料质量比硅化钼：水：聚乙二醇＝10:85:5比例混合，超声分散10小时，配制成质量浓度为10wt％的浆料；按原料质量比高碳酚醛树脂：异丙醇和碳酸氢钠溶液＝45:45:10混合搅拌均匀得到耐烧蚀树脂溶液；然后将浆料加入到耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌10小时直至不发生沉降的耐烧蚀基体；将耐烧蚀基体通过真空浸渍树脂传递导入模具中密封，加热至120℃，保温反应12小时，脱模，干燥，得到轻质疏导防隔热材料。
材料的平均密度为0.56g/cm3，平均热导率为0.056W/(m·K)，厚度方向上的压缩强度为7MPa(10％应变)，平面方向上压缩强度为10MPa；1.0MW/m2/1000s氧乙炔烧蚀的线烧蚀量为0.21mm，背面最高温升为204℃。
上述对比例1除了未加入高导热碳纤维中间层，其余步骤与实施例1相同，对比例2除了未加入高导热碳纤维中间层，其余步骤与实施例3相同，根据对比例1和实施例1，以及对比例2和实施例3的测试结果可知，加入高导热碳纤维中间层的复合材料的线烧蚀量和背面最高温均发生明显降低。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种轻质疏导防隔热复合材料，其特征在于，包括增强体和耐烧蚀基体；
增强体为夹层结构，包括耐高温无机纤维织物层和高导热碳纤维织物层，其中每一层高导热碳纤维织物层夹在两层耐高温无机纤维织物层之间；
耐烧蚀基体包含耐烧蚀树脂和无机粒子；
以该轻质疏导防隔热复合材料的总质量为100％计算，各组分质量百分数含量如下：
耐高温无机纤维织物 40％～50％；
高导热碳纤维织物 10％～20％；
耐烧蚀树脂30％～50％；
无机粒子1％～5％；
所述耐高温无机纤维织物层中的耐高温无机纤维为石英纤维，高硅氧纤维或氧化铝纤维中的一种或一种以上组合；所述高导热碳纤维织物层中的高导热碳纤维为中间相沥青碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种轻质疏导防隔热复合材料，其特征在于，所述增强体中包括1～3层高导热碳纤维织物层。
3.根据权利要求1所述的一种轻质疏导防隔热复合材料，其特征在于，所述耐高温无机纤维织物层为耐高温无机纤维的针刺毡；
所述耐烧蚀基体为具有微米级孔隙的多孔材料；
所述高导热碳纤维织物层为单向织物，二维多向织物或三维多向织物；
所述耐烧蚀树脂为线性酚醛树脂，高碳酚醛树脂或有机硅树脂中的一种或一种以上组合；
所述无机粒子为硅化钼，碳化硅或硼化锆中的一种或一种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的一种轻质疏导防隔热复合材料，其特征在于，所述增强体中耐高温无机纤维织物层的密度为0.10～0.30g/cm3，厚度为1～20mm。
5.根据权利要求1所述的一种轻质疏导防隔热复合材料，其特征在于，所述增强体中高导热碳纤维织物层的面密度为50～1000g/m2，厚度为0.5～10mm；
所述轻质疏导防隔热复合材料的平均密度为0.3～0.8g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种轻质疏导防隔热复合材料，其特征在于，所述高导热碳纤维织物层中的高导热碳纤维的热导率不低于500W/(m·K)。
7.一种轻质疏导防隔热复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将耐高温无机纤维梳理成网胎，将所得若干层网胎逐层叠层针刺，形成耐高温无机纤维织物层；所述耐高温无机纤维为石英纤维，高硅氧纤维或氧化铝纤维中的一种或一种以上组合；
将连续高导热碳纤维编织成高导热碳纤维织物，得到高导热碳纤维织物层；所述高导热碳纤维为中间相沥青碳纤维；
使高导热碳纤维织物层铺设在两层高温无机纤维织物层中间，得到夹层结构的增强体；
将无机粒子、溶剂和分散剂混合，并超声分散后，得到无机粒子浆料；
将耐烧蚀树脂、催化剂和溶剂配制成耐烧蚀树脂溶液，将无机粒子浆料加入所述耐烧蚀树脂溶液中，搅拌后得到耐烧蚀基体；
将增强体置于模具中，并采用真空树脂传递工艺将耐烧蚀基体导入模具中，依次进行加热、保温、脱模和干燥工序，得到密度为0.3～0.8g/cm3的轻质疏导防隔热复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种轻质疏导防隔热复合材料的制备方法，其特征在于，所述耐烧蚀树脂为线性酚醛树脂，高碳酚醛树脂或有机硅树脂中的一种或一种以上组合；
所述无机粒子为硅化钼，碳化硅或硼化锆中的一种或一种以上的组合。
9.根据权利要求7所述的一种轻质疏导防隔热复合材料的制备方法，其特征在于，将无机粒子、溶剂和分散剂混合时，所用溶剂为水，乙醇或异丙醇中的一种，分散剂为聚乙二醇，分散剂质量与无机粒子的质量比为1～10:10；所述无机粒子浆料中无机粒子的质量百分比为1～10％；
将耐烧蚀树脂、催化剂和溶剂配制成耐烧蚀树脂溶液时，催化剂为弱碱类，包括稀氨水，碳酸氢钠溶液或碳酸钾中的一种或一种以上组合，催化剂与耐烧蚀树脂的质量比为1～10:100；所述耐烧蚀树脂溶液中耐烧蚀树脂的质量百分比为20～60％；
将无机粒子浆料加入所述耐烧蚀树脂溶液中，室温搅拌1～10小时后得到不发生沉降的耐烧蚀基体。
10.根据权利要求7所述的一种轻质疏导防隔热复合材料的制备方法，其特征在于，依次进行加热、保温、脱模和干燥工序时，加热的温度为80～160℃，保温时间为8～60小时。
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