CN115637103B - 轻质烧蚀隔热涂料、涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轻质烧蚀隔热涂料、涂层及其制备方法，涉及防隔热涂料领域，利用气凝胶前驱体通过凝胶化、熏蒸、干燥粉碎以及包覆薄膜处理，制备得到核‑壳结构的轻质闭孔气凝胶隔热填料，将该填料与涂料基料混合固化，获得轻质烧蚀隔热涂料。由制备的涂料得到的涂层基于轻质闭孔气凝胶隔热填料所具有的更优的三维结构性能和强度，能够显著降低热导率，提升材料的耐温隔热性能以及维形性能。

Description

轻质烧蚀隔热涂料、涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及防隔热涂料领域，具体涉及一种轻质烧蚀隔热涂料、涂层及其制备方法。

背景技术

飞行器在大气中飞行时，由于气流摩擦会产生高温，需要有效的防热和隔热手段。目前，各类热防护材料中使用最多的是烧蚀防热材料，它是以损耗材料自身实现热量耗散，阻止热传导进入材料内部，实现对于材料的热防护。作为一类特殊的烧蚀隔热材料，烧蚀涂料在航空航天中有着重要的应用，具有涂布工艺简单、受产品影响较小、成本低廉等特点，被广泛应用于飞行器舱体外表面等部位的防热。

通常而言，隔热涂料除了满足耐烧蚀性能外，涂料本身的密度越低越有利于飞行器减重。当前耐烧蚀隔热涂料主要借助耐烧蚀基体材料机械混合耐烧蚀填料复配而成，涂料密度通常大于1.0g/cm³，无法满足航空航天飞行器轻量化的需求。目前，烧蚀材料主要通过添加空心微球、气凝胶等轻质填料的方法来降低密度。然而，空心微球一般强度较低，在涂料混匀及涂刷过程中，容易破碎失去轻质及隔热的作用，而且，空心微球通常与成膜物基体相容差较差，混料时易分相，在增加其含量时会导致混料工艺性下降，难以混合均匀，同时，空心微球添加量一般较少，超过一定比例后会使得整个涂料结构松散，综合力学性能下降。此外，常规气凝胶填料为通孔结构，在溶剂存在时易发生粉化、结构坍缩，失去隔热性能，且气凝胶填料因其微纳多孔结构，在涂料中添加量有限，当添加量过多时，会导致涂料黏度显著增加，增加了涂料的涂刷工艺难度。因此，制备一种轻质、耐烧蚀且具有较高机械强度的隔热涂料，对于航空航天发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种轻质烧蚀隔热涂料、涂层及其制备方法，以解决现有烧蚀涂料密度较高、所用空心微球填料强度较低、易破碎、通孔气凝胶填料结构坍缩，以及传统气凝胶填料为开孔结构，掺入量有限且对涂料黏度改变大等问题。该轻质烧蚀隔热涂料以自制核-壳结构的轻质闭孔气凝胶填料代替空心微球，在不改变涂料烧蚀隔热性能及力学性能的基础上，显著降低热导率，可室温干燥固化，使用方法简单，在飞行器热防护领域有着广泛的应用前景。

为了实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

本发明在第一方面提供一种轻质烧蚀隔热涂料的制备方法，所述方法包含以下步骤：

(1)以二氧化硅、氧化铝、酚醛树脂中的一种作为气凝胶前驱体材料进行凝胶化处理，制备得到气凝胶块体材料；

(2)将所述气凝胶块体材料经硅烷偶联剂进行熏蒸，再在烘箱中干燥处理，之后经超细气流粉碎成粉体，再在搅拌、振荡条件下在该粉体外包覆一层相同气凝胶材料薄膜，制成得到核-壳结构的轻质闭孔气凝胶隔热填料；

(3)以有机硅橡胶、有机硅树脂、酚醛树脂中的一种或几种作为成膜物，以白炭黑、纳米氧化锆、纳米氧化铝、云母粉、滑石粉、软木粉中的一种或几种作为补强填料，以短切碳纤维、短切石英纤维、短切高硅氧酚醛纤维中的一种或几种作为增强填料，按照质量份数将80-130份成膜物、5-50份补强填料和2-20份增强填料充分混合均匀，制备得到耐烧蚀隔热涂料基料；

(4)按质量份数将5-50份轻质闭孔气凝胶隔热填料与70-130份耐烧蚀隔热涂料基料均匀混合，然后加入固化剂，搅拌混合均匀，得到轻质烧蚀隔热涂料。

优选地，步骤(1)中所述气凝胶材料选用二氧化硅时，凝胶化处理的方法为：选用硅源前驱体与表面活性剂按照需要的质量比混合分散，然后经溶胶-凝胶过程、老化处理、溶剂置换以及干燥处理后，制备得到二氧化硅气凝胶块体材料。

更优选地，所述硅源前驱体为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一种。

更优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种。

更优选地，步骤(2)中所述二氧化硅气凝胶块体材料在熏蒸后，放置在100-120℃烘箱中干燥处理12-48h；在粉体表面包覆一层二氧化硅薄膜。

优选地，步骤(1)中所述气凝胶材料选用氧化铝时，凝胶化处理的方法为：选用铝盐前驱体，经溶胶-凝胶过程、老化处理、溶剂置换以及干燥处理后，制备得到氧化铝气凝胶块体材料。

更优选地，所述铝盐前驱体为三氯化铝、硝酸铝、异丙醇铝、叔丁醇铝中的一种。

更优选地，步骤(2)中所述氧化铝气凝胶块体材料在熏蒸后，放置在100-120℃烘箱中干燥处理12-48h；在粉体表面包覆一层氧化铝薄膜。

优选地，步骤(1)中所述气凝胶材料选用酚醛树脂时，凝胶化处理的方法为：选用酚醛前驱体，经固化过程以及干燥处理后，制备得到酚醛气凝胶块体材料。

更优选地，所述酚醛前驱体为间苯二酚与甲醛的混合物，或者为线性酚醛、热固性酚醛中的一种。

更优选地，步骤(2)中所述酚醛气凝胶块体材料在熏蒸后，放置在95-110℃烘箱中干燥处理12-24h；在粉体表面包覆一层酚醛树脂薄膜，该酚醛树脂薄膜为线性酚醛、热固性酚醛中的一种或其混合。

优选地，所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷中的一种。

优选地，所述轻质闭孔气凝胶隔热填料尺寸≤200μm，其内核气凝胶密度≤0.2g/cm³，内核气凝胶比表面积≥100m²/g，内核气凝胶室温导热系数≤0.06W/(m·K)，外壳厚度≤2μm。

优选地，步骤(3)中所述补强填料粒度≥100目，更优选地，为200-800目。

优选地，步骤(3)中所述增量材料中的短切纤维的直径≤15μm，长度≤1mm。

优选地，步骤(3)中所述成膜物的添加量为80-110份，补强填料的添加量为10-30份，增强填料的添加量为2-15份。

优选地，步骤(3)中所述补强填料、增强填料与成膜物混合后，加入少量稀释剂稀释，所述稀释剂为环己烷、乙酸丁酯、石油醚、120号溶剂油、200号溶剂油中的一种或几种。

优选地，步骤(4)中所述耐烧蚀隔热涂料基料的添加量为90-120份；所述轻质闭孔气凝胶隔热填料的添加量为10-20份。

优选地，步骤(4)中通过高速搅拌机搅拌实现均匀混合，搅拌转速≥500r/min，搅拌时间≥1h，更优选地，搅拌转速为800-1500r/min，搅拌时间为3-6h。

优选地，步骤(4)所述固化剂为有机锡、过氧化物、胺类中的一种，根据所用成膜物选择与之对应的固化剂，固化剂的量根据实际需要调整。

优选地，步骤(4)中所述固化剂加入并混合均匀后，根据不同固化体系，涂料需在6-24h之内使用。

本发明在第二方面提供一种轻质烧蚀隔热涂料，由本发明在第一方面所述的方法制备得到。

本发明在第三方面提供一种轻质烧蚀隔热涂层，所述方法包括以下步骤：将由本发明在第一方面所述的方法制备的轻质烧蚀隔热涂料用稀释剂稀释到所需黏度，采用合适的涂刷方法完成整个涂刷过程，干燥之后得到轻质烧蚀隔热涂层。

优选地，所述稀释剂为丙酮、环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、石油醚、6号溶剂油、120号溶剂油、200号溶剂油中的一种或几种。

优选地，所述涂刷方法为刮涂或者喷涂。

优选地，所述干燥方式为常压室温晾干，时间为3-5天。

本发明在第四个方面提供一种轻质烧蚀隔热涂层，由本发明在第三方面所述的方法制备得到。

本发明方法与现有技术相比，具有如下的有益效果：

(1)本发明所使用的轻质隔热填料为自制核-壳结构的轻质闭孔气凝胶填料，该填料内部为三维多孔气凝胶结构，在一定程度上可起到支撑、强化外壳的作用，与当前通用的中空微球相比，轻质闭孔填料内部气凝胶骨架使得其相对强度更高，在混料及涂刷过程中不易碎裂，且在保持气凝胶轻质、低导热系数的基础上，克服了常规通孔气凝胶填料在溶剂存在下易粉化增稠、结构易坍缩、隔热性能失效等缺陷，混料简单、添加方便，显著改善涂料的工艺性和适用范围。

(2)本发明所制备的轻质烧蚀隔热涂料，采用轻质闭孔气凝胶填料，在气凝胶粉体外包覆一层薄膜进行闭孔改性，之后与成膜物、补强填料、短切纤维增强填料混合，在减重的同时，涂料烧蚀后仍具有一定的机械强度，具有良好的维形能力。

(3)本发明所制备的轻质烧蚀隔热涂料综合密度≤0.30g/cm³，在800℃石英灯考核30min，或者1000℃石英灯考核10min，可保持涂层外表面完整、不开裂、粉化，室温热导率≤0.10W/(m·K)，可有效降低涂刷面密度，满足飞行器轻量化要求。

(4)本发明所制备的轻质烧蚀隔热涂料涂刷工艺简单，可室温干燥固化成型，在飞行器热防护领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明提出的一种轻质烧蚀隔热涂料的制备流程图。

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案例，对本发明的技术方案进行更清楚、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。

实施例1：

(1)将12g十六烷基三甲基溴化铵加入62g乙醇-水溶液(100g水与25g乙醇混合)中溶解，之后加入80g甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后加入5mL 0.1mol/l盐酸，搅拌12h，得到二氧化硅溶胶；之后在上述二氧化硅溶胶中滴加15ml 5mol/l的氨水，搅拌均匀后倒入模具盒中陈化形成二氧化硅湿凝胶；用乙醇浸没上述二氧化硅湿凝胶，在常温下进行溶剂替换及老化过程，老化48h转移至高压反应釜中进行CO₂超临界干燥后即得到块体二氧化硅气凝胶；

(2)所得块体气凝胶经甲基三甲氧基硅烷进行熏蒸24h，然后在110℃烘箱中干燥处理24h，所得改性块体气凝胶经超细气流粉碎，得到粉体二氧化硅气凝胶，之后在缓慢搅拌、振荡的条件下，在所得粉体二氧化硅气凝胶表面包覆一定厚度的二氧化硅，控制反应时间，使得外壳厚度为2μm；干燥之后，借助超声振荡处理，将上述闭孔材料振荡分散开，制备得到内核为二氧化硅气凝胶的轻质闭孔气凝胶隔热填料；

(3)将100g室温硫化苯基硅橡胶、10g白炭黑、10g纳米氧化锆、5g云母粉、5g短切石英纤维、5g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(4)将20g轻质闭孔隔热填料、100g涂料基料均匀混合，之后加入3.5g固化剂(固化剂为正硅酸乙酯：二月桂酸二丁基锡＝18:1质量配比而成)，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速500r/min，搅拌时间1h，得到轻质烧蚀隔热涂料。

将上述涂料用120号溶剂油稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥3天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.25g/cm³，室温热导率为0.060W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例2

(1)将5g十六烷基三甲基氯化铵加入100g乙醇-水溶液(50g水与100g乙醇混合)中溶解，之后加入80g正硅酸乙酯，搅拌均匀后加入5mL 0.1mol/l盐酸，搅拌20分钟后，滴加10ml 5mol/l的氨水，搅拌均匀后倒入模具盒中陈化形成二氧化硅湿凝胶；用乙醇浸没上述二氧化硅湿凝胶，在常温下进行溶剂替换及老化过程，老化48h转移至高压反应釜中进行CO₂超临界干燥后即得到块体二氧化硅气凝胶；

(2)所得块体气凝胶经六甲基二硅氮烷进行熏蒸24h，然后在100℃烘箱中干燥处理48h，所得改性块体气凝胶经超细气流粉碎，得到粉体二氧化硅气凝胶，之后在缓慢搅拌、振荡的条件下，在所得粉体二氧化硅气凝胶表面包覆一定厚度的二氧化硅，控制反应时间，使得外壳厚度为2μm；干燥之后，借助超声振荡处理，将上述闭孔材料振荡分散开，制备得到内核为二氧化硅气凝胶的轻质闭孔气凝胶隔热填料；

(3)将80g室温硫化苯基硅橡胶、2g白炭黑、2g纳米氧化锆、1g云母粉、1g短切石英纤维、1g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(4)将5g轻质闭孔隔热填料、70g涂料基料均匀混合，之后加入3.5g固化剂(固化剂为正硅酸乙酯：二月桂酸二丁基锡＝18:1质量配比而成)，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速800r/min，搅拌时间6h，得到轻质烧蚀隔热涂料。

将上述涂料用120号溶剂油稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥4天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.28g/cm³，室温热导率为0.065W/(m·K)，可耐1000℃石英灯考核10min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例3

本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于步骤(2)熏蒸后在120℃烘箱中干燥处理12h。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.30g/cm³，室温热导率为0.068W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例4

(1)将240g仲丁醇铝溶于100乙醇-水溶液(120g乙醇中加入0.5g水)中，加热回流溶解，之后在60℃下搅拌45min，形成无色透明溶胶，溶胶降至室温，加入2.5g冰醋酸和0.25g水，得氧化铝溶胶，搅拌均匀后倒入模具盒中室温老化48h，然后在氮气保护下，250℃处理5h，得氧化铝湿凝胶；用乙醇浸没上述氧化铝湿凝胶，在常温下进行溶剂替换，之后转移至高压反应釜中进行CO₂超临界干燥后即得到块体氧化铝气凝胶；

(2)所得块体气凝胶经六甲基二硅氮烷进行熏蒸24h，然后在120℃烘箱中干燥处理12h，所得改性块体气凝胶经超细气流粉碎，得到粉体氧化铝气凝胶，之后在缓慢搅拌、振荡的条件下，在所得粉体氧化铝气凝胶表面包覆一定厚度的氧化铝，控制反应时间，使得外壳厚度为2μm；干燥之后，借助超声振荡处理，将上述闭孔材料振荡分散开，制备得到内核为氧化铝气凝胶的轻质闭孔气凝胶隔热填料；

(3)将130g室温硫化苯基硅橡胶、20g白炭黑、20g纳米氧化锆、10g云母粉、10g短切石英纤维、10g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(4)将50g轻质闭孔隔热填料、130g涂料基料均匀混合，之后加入3.5g固化剂(固化剂为正硅酸乙酯:二月桂酸二丁基锡＝18:1质量配比而成)，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速1500r/min，搅拌时间3h，得到轻质烧蚀隔热涂料。

将上述涂料用120号溶剂油稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥5天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.30g/cm³，室温热导率为0.066W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例5：

本实施例与实施例4基本相同，不同之处在于步骤(2)熏蒸后在110℃烘箱中干燥处理24h。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.29g/cm³，室温热导率为0.065W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例6：

本实施例与实施例4基本相同，不同之处在于步骤(2)熏蒸后在100℃烘箱中干燥处理48h。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.30g/cm³，室温热导率为0.067W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例7：

(1)将11g间苯二酚、25g多聚甲醛加入100g去离子水中，充分溶解后加入0.5g无水碳酸钠，待其溶解后，搅拌均匀后倒入模具盒中90℃处理72h，得酚醛湿凝胶；先后用丙酮和乙醇浸没上述酚醛湿凝胶，在常温下进行溶剂替换，进行CO₂超临界干燥后即得到块体酚醛气凝胶；

(2)所得块体气凝胶经六甲基二硅氮烷进行熏蒸24h，然后在100℃烘箱中干燥处理24h，所得改性块体气凝胶经超细气流粉碎，得到粉体酚醛气凝胶，之后在缓慢搅拌、振荡的条件下，在所得粉体酚醛气凝胶表面包覆一定厚度的热固性酚醛树脂，控制反应时间，使得外壳厚度为2μm；干燥之后，借助超声振荡处理，将上述闭孔材料振荡分散开，制备得到内核为酚醛气凝胶的轻质闭孔气凝胶隔热填料；

(3)将100g室温硫化苯基硅橡胶、10g白炭黑、10g纳米氧化锆、5g云母粉、5g短切石英纤维、5g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(4)将20g轻质闭孔隔热填料、100g涂料基料均匀混合，之后加入3.5g固化剂(固化剂为正硅酸乙酯:二月桂酸二丁基锡＝18:1质量配比而成)，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速800r/min，搅拌时间6h，得到轻质烧蚀隔热涂料。

将上述涂料用120号溶剂油稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥3天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.23g/cm³，室温热导率为0.060W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例8：

(1)将11g间苯二酚、25g多聚甲醛加入100g去离子水中，充分溶解后加入0.5g无水碳酸钠，待其溶解后，搅拌均匀后倒入模具盒中90℃处理72h，得酚醛湿凝胶；先后用丙酮和乙醇浸没上述酚醛湿凝胶，在常温下进行溶剂替换，进行CO₂超临界干燥后即得到块体酚醛气凝胶；

(2)所得块体气凝胶经六甲基二硅氮烷进行熏蒸24h，然后在110℃烘箱中干燥处理12h，所得改性块体气凝胶经超细气流粉碎，得到粉体酚醛气凝胶，之后在缓慢搅拌、振荡的条件下，在所得粉体酚醛气凝胶表面包覆一定厚度的热固性酚醛树脂，控制反应时间，使得外壳厚度为2μm；干燥之后，借助超声振荡处理，将上述闭孔材料振荡分散开，制备得到内核为酚醛气凝胶的轻质闭孔气凝胶隔热填料；

(3)将20g钡酚醛树脂、10g白炭黑、5g纳米氧化锆、5g云母粉、5软木粉、5g短切石英纤维、5g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(4)将20g轻质闭孔隔热填料、100g涂料基料均匀混合，之后加入5g固化剂六次甲基四胺，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速800r/min，搅拌时间6h，得到轻质烧蚀隔热涂料。

将上述涂料用120号溶剂油稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥3天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.29g/cm³，室温热导率为0.058W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

实施例9：

(1)将11g间苯二酚、25g多聚甲醛加入100g去离子水中，充分溶解后加入0.5g无水碳酸钠，待其溶解后，搅拌均匀后倒入模具盒中90℃处理72h，得酚醛湿凝胶；先后用丙酮和乙醇浸没上述酚醛湿凝胶，在常温下进行溶剂替换，进行CO₂超临界干燥后即得到块体酚醛气凝胶；

(2)所得块体气凝胶经六甲基二硅氮烷进行熏蒸24h，然后在95℃烘箱中干燥处理18h，所得改性块体气凝胶经超细气流粉碎，得到粉体酚醛气凝胶，之后在缓慢搅拌、振荡的条件下，在所得粉体酚醛气凝胶表面包覆一定厚度的热固性酚醛树脂，控制反应时间，使得外壳厚度为2μm；干燥之后，借助超声振荡处理，将上述闭孔材料振荡分散开，制备得到内核为酚醛气凝胶的轻质闭孔气凝胶隔热填料；

(3)将100g有机硅树脂、10g白炭黑、5g纳米氧化锆、5g云母粉、5g软木粉、5g短切石英纤维、5g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(4)将20g轻质闭孔隔热填料、100g涂料基料均匀混合，之后加入5g固化剂三乙烯四胺，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速800r/min，搅拌时间6h，得到轻质烧蚀隔热涂料。

将上述涂料用石油醚稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥3天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.23g/cm³，室温热导率为0.055W/(m·K)，可耐800℃石英灯考核30min，且在考核后保持涂层外表面完整。

对比例1：

(1)将100g室温硫化苯基硅橡胶、10白炭黑、10纳米氧化锆、5云母粉、5g短切石英纤维、5g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(2)20g空心玻璃微球与100g涂料基料均匀混合，之后加入3.5g固化剂(固化剂为正硅酸乙酯:二月桂酸二丁基锡＝18:1质量配比而成)，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速500r/min，搅拌时间1h，得到隔热涂料。

将上述涂料用120号溶剂油稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥3天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.28g/cm³，室温热导率为0.011W/(m·K)，800℃下30min石英灯考核表面开裂。

对比例2：

(1)将100g钡酚醛树脂、10白炭黑、10纳米氧化锆、5云母粉、5软木粉、5g短切石英纤维、5g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(2)20g酚醛气凝胶与100g涂料基料均匀混合，之后加入3.5g固化剂六次甲基四胺，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速500r/min，搅拌时间1h，得到隔热涂料。

将上述涂料用120号溶剂油稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥3天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.28g/cm³，室温热导率为0.09W/(m·K)，800℃下30min石英灯考核表面开裂。

对比例3：

(1)将100g有机硅树脂、10白炭黑、5纳米氧化锆、5云母粉、5软木粉、5g短切石英纤维、5g短切高硅氧酚醛纤维混合均匀，制备得到涂料基料；

(2)20g二氧化硅气凝胶与100g涂料基料均匀混合，之后加入3.5g固化剂三乙烯四胺，混合均匀，通过高速搅拌机搅拌实现上述两次均匀混合，搅拌转速500r/min，搅拌时间1h，得到隔热涂料。

将上述涂料用石油醚稀释，之后涂刷成5mm后的涂层构件，室温干燥3天，再放入80℃烘箱处理24h，之后进行相关考核。

产品性能测试：所制备涂层密度为0.25g/cm³，室温热导率为0.08W/(m·K)，800℃下30min石英灯考核表面开裂。

由上述实施例1-9与对比例1-3可知，实施例相对于对比例，由于通过步骤(1)和(2)的处理自制核-壳结构的轻质闭孔气凝胶填料，由于该填料作为涂料的主要组成成分，使得涂料制备成涂层后，显著降低热导率，提升耐热性能。这是由于填料内部为三维多孔气凝胶结构，在一定程度上可起到支撑、强化外壳的作用，强度更高，在混料及涂刷过程中不易碎裂，克服了常规通孔气凝胶填料在溶剂存在下易粉化增稠、结构易坍缩、隔热性能失效等缺陷。

本发明未具体给出的条件参数，例如搅拌、溶胶-凝胶处理、老化处理、熏蒸、搅拌、振荡等涉及的参数，均采用本领域的常规技术手段即可。

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 (9)

1.一种轻质烧蚀隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以二氧化硅、氧化铝、酚醛树脂中的一种作为气凝胶前驱体材料进行凝胶化处理，制备得到气凝胶块体材料；

(2)将所述气凝胶块体材料经硅烷偶联剂进行熏蒸，该硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷中的一种，再在烘箱中干燥处理，之后经超细气流粉碎成粉体，再在搅拌、振荡条件下在该粉体外包覆一层相同气凝胶材料薄膜，制成得到核-壳结构的轻质闭孔气凝胶隔热填料；该轻质闭孔气凝胶隔热填料尺寸≤200μm，其内核气凝胶密度≤0.2g/cm³，内核气凝胶比表面积≥100m²/g，内核气凝胶室温导热系数≤0.06W/(m·K)，外壳厚度≤2μm；

(3)以有机硅橡胶、有机硅树脂、酚醛树脂中的一种或几种作为成膜物，以白炭黑、纳米氧化锆、纳米氧化铝、云母粉、滑石粉、软木粉中的一种或几种作为补强填料，该补强填料粒度≥100目，以短切碳纤维、短切石英纤维、短切高硅氧酚醛纤维中的一种或几种作为增强填料，该增强填料中的短切纤维的直径≤15μm，长度≤1mm，按照质量份数将80-130份成膜物、5-50份补强填料和2-20份增强填料充分混合均匀，制备得到耐烧蚀隔热涂料基料；

(4)按质量份数将5-50份轻质闭孔气凝胶隔热填料与70-130份耐烧蚀隔热涂料基料均匀混合，然后加入固化剂，搅拌混合均匀，得到轻质烧蚀隔热涂料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述气凝胶材料选用二氧化硅时，凝胶化处理的方法为：选用硅源前驱体与表面活性剂按照需要的质量比混合分散，然后经溶胶-凝胶过程、老化处理、溶剂置换以及干燥处理后，制备得到二氧化硅气凝胶块体材料；所述硅源前驱体为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一种；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种；步骤(2)中所述二氧化硅气凝胶块体材料在熏蒸后，放置在100-120℃烘箱中干燥处理12-48h；在粉体表面包覆一层二氧化硅薄膜。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述气凝胶材料选用氧化铝时，凝胶化处理的方法为：选用铝盐前驱体，经溶胶-凝胶过程、老化处理、溶剂置换以及干燥处理后，制备得到氧化铝气凝胶块体材料；所述铝盐前驱体为三氯化铝、硝酸铝、异丙醇铝、叔丁醇铝中的一种；步骤(2)中所述氧化铝气凝胶块体材料在熏蒸后，放置在100-120℃烘箱中干燥处理12-48h；在粉体表面包覆一层氧化铝薄膜。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述气凝胶材料选用酚醛树脂时，凝胶化处理的方法为：选用酚醛前驱体，经固化过程以及干燥处理后，制备得到酚醛气凝胶块体材料；所述酚醛前驱体为间苯二酚与甲醛的混合物，或者为线性酚醛、热固性酚醛中的一种；步骤(2)中所述酚醛气凝胶块体材料在熏蒸后，放置在95-110℃烘箱中干燥处理12-24h；在粉体表面包覆一层酚醛树脂薄膜，该酚醛树脂薄膜为线性酚醛、热固性酚醛中的一种或其混合。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述成膜物的添加量为80-110份，补强填料的添加量为10-30份，增强填料的添加量为2-15份。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述耐烧蚀隔热涂料基料的添加量为90-120份；所述轻质闭孔气凝胶隔热填料的添加量为10-20份；所述固化剂为有机锡、过氧化物、胺类中的一种。

7.一种轻质烧蚀隔热涂料，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。

8.一种轻质烧蚀隔热涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将由权利要求1-6任一项所述的方法制备的轻质烧蚀隔热涂料用稀释剂稀释到所需黏度，所述稀释剂为丙酮、环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、石油醚、6号溶剂油、120号溶剂油、200号溶剂油中的一种或几种；

采用刮涂或者喷涂方法完成整个涂刷过程，在室温常压晾干，时间为3-5天，干燥之后得到轻质烧蚀隔热涂层。

9.一种轻质烧蚀隔热涂层，其特征在于，由权利要求8所述的方法制备得到。

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