CN116728910A - 一种弹性高温密封材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弹性高温密封材料及其制备方法和应用。所述方法包括：编织第一金属弹性网结构和第二金属弹性网结构；在纤维布的表面制备涂层，得到涂层型纤维布；将所述第一金属弹性网结构、所述涂层型纤维布和所述第二金属弹性网结构依次叠放，然后往复对折形成截面为W型的条状结构，再经压辊定型，得到弹性组件；用纤维织物包覆所述弹性组件后进行缝合，制得弹性高温密封材料。本发明中的弹性高温密封材料维持了高温优异的弹性，具有适应外防热系统缝隙热膨胀匹配自适应调节能力，热密封性能优异，可以用于空间飞行器外防热系统缝隙间的隔热密封，具有高低温宽区使用、缝隙弹性自适应密封的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于密封材料技术领域，尤其涉及一种弹性高温密封材料及其制备方法和应用。
背景技术
空间飞行器外防热系统由一定数量的防隔热材料构件拼接敷设在承载结构表面，在这些防隔热材料之间使用缝隙填充隔热材料，共同构成外防热系统。外防热系统中缝隙通常选用密封材料，可以为纤维布包覆棉条、纤维套管包覆棉条、纤维编织带、纤维增强气凝胶隔热片等，外防热系统所采用防隔热材料体系、构件尺度、所承受热环境等不同，对其缝隙尺度、缝隙隔热密封要求不同，原有单一缝隙密封材料难以适应复杂环境下外防热系统缝隙密封要求，亟待开展外防热系统缝隙用的弹性高温密封材料的制备，满足外防热系统缝隙对弹性密封要求，提升外防热系统的隔热阻热密封效果，保障热防护系统的可靠性。
鉴于此，非常有必要提供一种弹性高温密封材料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一个或者多个技术问题，本发明提供了一种弹性高温密封材料及其制备方法和应用。
本发明在第一方面提供了一种弹性高温密封材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)编织第一金属弹性网结构和第二金属弹性网结构；
(2)在纤维布的表面制备涂层，得到涂层型纤维布；
(3)将所述第一金属弹性网结构、所述涂层型纤维布和所述第二金属弹性网结构依次叠放，然后往复对折形成截面为W型的条状结构，再经压辊定型，得到弹性组件；
(4)用纤维织物包覆所述弹性组件后进行缝合，制得弹性高温密封材料。
优选地，采用金属丝编织所述第一金属弹性网结构和所述第二金属弹性网结构；所述第一金属弹性网结构和/或所述第二金属弹性网结构采用的金属丝为不锈钢丝、镍基合金丝、铜基合金丝、钛合金丝中的一种或多种；所述金属丝的丝径为0.05～0.15mm；所述第一金属弹性网结构和/或所述第二金属弹性网结构为平纹交织结构或2.5D编织结构。
优选地，所述纤维布为石英纤维布、莫来石纤维布、硅酸铝纤维布中的一种或多种；所述纤维布的厚度为0.05～0.15mm；和/或所述涂层为聚四氟乙烯涂层、硅橡胶涂层、氟橡胶涂层中的一种或多种。
优选地，在步骤(2)中：在纤维布的表面涂覆涂层，然后经过固化，以完成所述涂层的制备；优选的是，所述固化的温度为25～150℃，所述固化的时间为0.5～24h。
优选地，所述往复对折的次数为3次以上；和/或所述往复对折的宽度为8～50mm。
优选地，所述压辊定型的厚度为0.5～5mm。
优选地，所述纤维织物为平纹纤维布、斜纹纤维布、2.5D纤维套管、二维三相纤维套管中的一种或多种；所述纤维织物中的纤维为石英纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维中的一种或多种。
优选地，所述包覆为缠绕式包覆或嵌套式包覆；所述缝合采用的纱线的纤维种类与所述纤维织物中的纤维相同；和/或所述缝合的间距为10～25mm。
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弹性高温密封材料。
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弹性高温密封材料在外防热系统缝隙中的应用。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明创新地使用了两层金属弹性网结构叠层涂层型纤维布(隔离层)，通过成型制备形成“1+1+1”夹心的W型多层重复密封弹性结构，具有非常好的高温弹性性能，可以解决高温热防护系统中缝隙弹性自适应密封技术难题，提升外防热系统的热防护缝隙密封可靠性，制备得到的弹性高温密封材料是一种外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料。
(2)本发明创新性地设计了金属网弹性结构构成弹性层、陶瓷纤维组成隔离层结构，隔离层有效阻断了金属网弹性层的热传递，也降低了两层金属弹性网结构互相咬合性，保持了多层弹性力学性能，通过往复折叠形成多层往复截面为W型的条状结构，这种层叠设置维持了缝隙密封材料高温优异的弹性，具有适应外防热系统缝隙热膨胀匹配自适应调节能力，热密封性能优异，可以用于空间飞行器外防热系统缝隙间的隔热密封，具有高低温宽区使用、缝隙弹性自适应密封的应用价值。
(3)本发明中的弹性高温密封材料(外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料)成型工艺简单，产品设计性能强，适用于多种不同缝隙宽度、缝隙深度的热密封材料定制，工艺灵活，是一种优异的高温密封材料，具有普遍推广价值。
附图说明
本发明附图仅仅为说明目的提供，图中各部分的比例、尺寸等不一定与实际产品一致。
图1是本发明一些具体实施方式中制备弹性高温密封材料的流程图；
图2是本发明一些具体实施方式中的条状结构的截面结构示意图；图2中的箭头表示进行压辊定型方向。
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弹性高温密封材料的制备方法，制备弹性高温密封材料的流程图，例如，如图1所示；所述方法包括如下步骤：
(1)编织第一金属弹性网结构和第二金属弹性网结构；具体地，例如可以使用金属编织机将不同或相同丝径金属丝依次编织成第一金属弹性网结构、第二金属弹性网结构；
(2)在纤维布的表面制备涂层，得到涂层型纤维布；具体地，例如可以在薄型纤维布表面涂覆涂层，进行固化处理，获得涂层型纤维布，即得到隔离层；
(3)将所述第一金属弹性网结构、所述涂层型纤维布和所述第二金属弹性网结构依次叠放，然后往复对折形成截面为W型的条状结构，再经压辊定型，得到弹性组件(也记作自适应弹性组件)；在本发明中，例如依次叠放所述第一金属弹性网结构、涂层型纤维布、第二金属弹性网结构，按照一定宽度进行往复对折制成截面为W型的条状结构，对其进行一定厚度的压辊定型处理，获得含隔离层的自适应弹性组件；在本发明中，往复对折形成截面为W型的条状结构，换言之通过W型往复对折形成所述条状结构，也即通过类似于折扇子的往复对折方式形成所述条状结构；在本发明中，进行往复对折后，所述条状结构具有一定蓬松性，然后经压辊定型成预设厚度，使得自适应弹性组件紧凑，在压辊定型后，自适应弹性组件的宽度与每次对折宽度相同，即例如如图2中箭头所示的方向进行压辊定型；
(4)用纤维织物包覆所述弹性组件后进行缝合，制得弹性高温密封材料；在本发明中，也将弹性高温密封材料记作外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料或弹性自适应高温密封材料；在本发明中，具体地，例如对所述含隔离层的自适应弹性组件进行纤维织物包覆，包覆后进行缝合，形成防护层，制得所述外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料。
在本发明中，所述弹性高温密封材料由自适应弹性组件包覆纤维织物后经缝合制成，所述自适应弹性组件由依次叠放的所述第一金属弹性网结构、所述涂层型纤维布和所述第二金属弹性网结构经W型往复对折后经压辊定型而成，呈条片状结构，适用于外防热系统构件中各类缝隙高温密封等使用环境。
在本发明中，所述涂层型纤维布作为隔离层的设置，能够有效地分隔第一金属弹性网结构和第二金属弹性网结构，避免它们之间的直接接触，减少热传导和热辐射的传递，这种隔离作用有助于提高整体弹性高温密封材料的隔热性能，并且涂层型纤维布在涂覆和固化处理后，形成的是一层较为稳定和耐高温的涂层，使得整个弹性高温密封材料在高温环境下具备较好的耐受性，不易因高温而失去性能，并且涂层型纤维布的存在使得自适应弹性组件的金属弹性网结构和纤维布之间形成更加稳固的结构，有助于提高整体弹性高温密封材料的耐久性和使用寿命；在本发明中，用纤维织物包覆所述弹性组件后，涂层型纤维布与包覆的纤维织物形成的是复合防护层，这一复合防护层具有较好的柔韧性和弹性，能够更好地适应复杂的表面形状和结构，从而在使用过程中能够更有效地密封缝隙，使得材料在高温下仍具有优异的弹性。
在本发明中，将所述第一金属弹性网结构、所述涂层型纤维布和所述第二金属弹性网结构依次叠放，然后往复对折形成截面为W型的条状结构，再经压辊定型，这种处理方式，能够使得自适应弹性组件内部具有更多的弹性能，这有助于密封材料能够在不同表面形状下自适应性地贴合，确保密封效果更可靠，且压辊定型处理赋予自适应弹性组件所需的形状和稳定性，确保在安装和使用过程中不易变形，保持密封性能，且能确保材料在高温环境下表现出优异的性能，适用于外防热系统缝隙的密封需求；相比现有技术例如CN115556425A公开的热密封材料，本发明通过往复对折制成截面为W型条状结构且经压辊定型处理，材料在使用时能够很好地自适应与回弹，具有优异的回弹性，从而在不同表面形状和结构下都能保持好的密封性能，确保缝隙的紧密封闭。
本发明创新地使用了两层金属弹性网结构叠层涂层型纤维布(隔离层)，通过成型制备形成“1+1+1”夹心的W型多层重复密封弹性结构，具有非常好的高温弹性性能，可以解决高温热防护系统中缝隙弹性自适应密封技术难题，提升外防热系统的热防护缝隙密封可靠性，制备得到的弹性高温密封材料是一种外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料；本发明创新性地设计了金属网弹性结构构成弹性层、陶瓷纤维组成隔离层结构，隔离层有效阻断了金属网弹性层的热传递，也降低了两层金属弹性网结构互相咬合性，保持了多层弹性力学性能，通过往复折叠形成多层往复截面为W型的条状结构，这种层叠设置维持了缝隙密封材料高温优异的弹性，具有适应外防热系统缝隙热膨胀匹配自适应调节能力，热密封性能优异，可以用于空间飞行器外防热系统缝隙间的隔热密封，具有高低温宽区使用、缝隙弹性自适应密封的应用价值。
根据一些优选的实施方式，采用金属丝编织所述第一金属弹性网结构和所述第二金属弹性网结构；所述第一金属弹性网结构和/或所述第二金属弹性网结构采用的金属丝为不锈钢丝、镍基合金丝、铜基合金丝、钛合金丝中的一种或多种；本发明对不锈钢丝、镍基合金丝、铜基合金丝、钛合金丝不做具体限定，采用市面上可以直接购买的产品或者通过现有方法制成的产品均可；所述第一金属弹性网结构所用金属丝与第二金属弹性网结构相同，也可不同；所述金属丝的丝径(直径)为0.05～0.15mm；所述第一金属弹性网结构和/或所述第二金属弹性网结构为平纹交织结构(也记作平纹编织结构)或2.5D编织结构。
根据一些优选的实施方式，所述纤维布为石英纤维布、莫来石纤维布、硅酸铝纤维布中的一种或多种；所述纤维布的厚度为0.05～0.15mm，为薄型纤维布；和/或所述涂层为聚四氟乙烯涂层、硅橡胶涂层、氟橡胶涂层中的一种或多种。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中：在纤维布的表面涂覆涂层，然后经过固化，以完成所述涂层的制备；优选的是，所述固化的温度为室温～150℃优选为25～150℃(例如25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃)，所述固化的时间为0.5～24h(例如0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24h)。
根据一些优选的实施方式，所述往复对折的次数为3次以上；和/或所述往复对折的宽度为8～50mm(例如8、10、15、20、25、30、35、40、45或50mm)，即每次对折的宽度为8～50mm。
根据一些优选的实施方式，所述压辊定型的厚度为0.5～5mm(例如0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5mm)。
根据一些优选的实施方式，所述纤维织物为平纹纤维布、斜纹纤维布、2.5D纤维套管、二维三相纤维套管中的一种或多种；所述纤维织物中的纤维为石英纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维中的一种或多种。
根据一些优选的实施方式，所述包覆为缠绕式包覆或嵌套式包覆；在本发明中，例如可以采用两层纤维织物缠绕式包覆；所述缝合采用的纱线的纤维种类与所述纤维织物中的纤维相同，即所述缝合为使用与纤维织物的同类型纤维纱线；和/或所述缝合的间距为10～25mm；在本发明中，例如可以沿宽度中线进行定针距的缝合，所述缝合的定间距为10～25mm。
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弹性高温密封材料。
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弹性高温密封材料在外防热系统缝隙中的应用。
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
本实施例提供了一种外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料(弹性高温密封材料)制备方法，按照以下方法进行制备：
使用丝径0.08mm的不锈钢丝、丝径0.08mm镍基合金丝通过金属编织机分别编织第一金属弹性网结构、第二金属弹性网结构，均为平纹交织结构；在0.05mm厚的石英纤维布表面涂覆聚四氟乙烯涂层，在130℃固化6h，获得涂层型纤维布，即为隔离层；依次叠放第一金属弹性网结构、隔离层(涂层型纤维布)、第二金属弹性网结构，按照每次对折的宽度为8mm进行往复对折4次制成截面为W型的条状结构，对其进行厚度为0.5mm的压辊定型处理，获得含隔离层的自适应弹性组件，自适应弹性组件的截面尺寸为0.5mm(厚)×8mm(宽)；对含隔离层的自适应弹性组件采用两层石英平纹纤维布(纤维织物)进行缠绕式包覆，使用与纤维织物的同类型纤维纱线(石英纤维纱线)沿宽度中线进行定针距10mm缝合，制成外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料。
通过以上方法制备出的外防热系统缝隙用弹性自适应高温密封材料，室温压缩30％的回弹率为100％，900℃压缩30％回弹率为95％。
实施例2～6
实施例2～6与实施例1基本相同，不同之处如表1所示。
对比例1
本对比例提供了一种弹性密封材料制备方法，按照以下方法进行制备：
使用丝径0.08mm的不锈钢丝、丝径0.08mm镍基合金丝通过金属编织机分别编织第一金属弹性网结构、第二金属弹性网结构，均为平纹交织结构；依次叠放第一金属弹性网结构和第二金属弹性网结构，按照每次对折宽度为8mm进行往复对折4次制成截面为W型的条状结构，对其进行厚度为0.5mm的压辊定型处理，获得组件单元，组件单元的截面尺寸为0.5mm×8mm；对组件单元采用两层石英平纹纤维布(纤维织物)进行缠绕式包覆，使用与纤维织物的同类型纤维纱线(石英纤维纱线)沿宽度中线进行定针距10mm缝合，制成弹性密封材料。
通过以上方法制备出的弹性密封材料，室温压缩30％的回弹率为85％，900℃压缩30％回弹率为72％。
对比例2
本对比例提供了一种弹性密封材料制备方法，按照以下方法进行制备：
使用丝径0.08mm的不锈钢丝、丝径0.08mm镍基合金丝通过金属编织机分别编织第一金属弹性网结构、第二金属弹性网结构，均为平纹交织结构；在0.05mm厚的石英纤维布表面涂覆聚四氟乙烯涂层，在130℃固化6h，获得涂层型纤维布，即为隔离层；依次叠放第一金属弹性网结构、隔离层(涂层型纤维布)、第二金属弹性网结构，获得组件单元；对组件单元采用两层石英平纹纤维布(纤维织物)进行缠绕式包覆，使用与纤维织物的同类型纤维纱线(石英纤维纱线)沿宽度中线进行定针距10mm缝合，制成弹性密封材料。
通过以上方法制备出的弹性密封材料，室温压缩30％的回弹率为46％。
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)
1.一种弹性高温密封材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)编织第一金属弹性网结构和第二金属弹性网结构；
(2)在纤维布的表面制备涂层，得到涂层型纤维布；
(3)将所述第一金属弹性网结构、所述涂层型纤维布和所述第二金属弹性网结构依次叠放，然后往复对折形成截面为W型的条状结构，再经压辊定型，得到弹性组件；
(4)用纤维织物包覆所述弹性组件后进行缝合，制得弹性高温密封材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
采用金属丝编织所述第一金属弹性网结构和所述第二金属弹性网结构；
所述第一金属弹性网结构和/或所述第二金属弹性网结构采用的金属丝为不锈钢丝、镍基合金丝、铜基合金丝、钛合金丝中的一种或多种；
所述金属丝的丝径为0.05～0.15mm；
所述第一金属弹性网结构和/或所述第二金属弹性网结构为平纹交织结构或2.5D编织结构。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述纤维布为石英纤维布、莫来石纤维布、硅酸铝纤维布中的一种或多种；
所述纤维布的厚度为0.05～0.15mm；和/或
所述涂层为聚四氟乙烯涂层、硅橡胶涂层、氟橡胶涂层中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：
在纤维布的表面涂覆涂层，然后经过固化，以完成所述涂层的制备；优选的是，所述固化的温度为25～150℃，所述固化的时间为0.5～24h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述往复对折的次数为3次以上；和/或
所述往复对折的宽度为8～50mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述压辊定型的厚度为0.5～5mm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述纤维织物为平纹纤维布、斜纹纤维布、2.5D纤维套管、二维三相纤维套管中的一种或多种；
所述纤维织物中的纤维为石英纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述包覆为缠绕式包覆或嵌套式包覆；
所述缝合采用的纱线的纤维种类与所述纤维织物中的纤维相同；和/或
所述缝合的间距为10～25mm。
9.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的弹性高温密封材料。
10.由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制得的弹性高温密封材料在外防热系统缝隙中的应用。
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|---|---|---|---|
| CN202310903071.1A CN116728910A (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种弹性高温密封材料及其制备方法和应用 |
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2023
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