一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱氈及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合隔熱氈及其制備方法，特別是涉及一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱氈及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，世界上各種航天器基本上采用一次性使用的運(yùn)載火箭發(fā)射，具有使用成本高昂的特點(diǎn)。迄今為止，只有美國航天飛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)部分重復(fù)使用。因此，各國政府部門和軍事機(jī)構(gòu)必須花費(fèi)大量的資金進(jìn)行衛(wèi)星發(fā)射。從長遠(yuǎn)來看，實(shí)現(xiàn)航天運(yùn)載器的可重復(fù)使用是降低航天運(yùn)輸成本、提高運(yùn)載能力和發(fā)射頻度的必由之路。
[0003]航天器需要以十幾倍音速的速度穿過大氣層，可產(chǎn)生高達(dá)上千度的熱量。因而，航天器上必須安裝熱防護(hù)系統(tǒng)(TPS)以減少氣動熱量進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部，保護(hù)內(nèi)部控制系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和能源系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一般來說，TPS包括輻射蒙皮、高溫隔熱材料和本體結(jié)構(gòu)三大部分。眾所周知，宇宙中存在著大量的電磁波和紫外線，航天器勢必會受到各種惡性因素的影響。由于航天器工作環(huán)境的特殊性，TPS中的高溫隔熱材料必須滿足質(zhì)輕、高效絕熱、可靠性高、屏蔽性高和耐老化的特點(diǎn)。無機(jī)纖維隔熱材料結(jié)構(gòu)疏松，氣孔率高，能有效防止熱氣流的傳導(dǎo)和對流。通過對不同成分纖維材料的復(fù)合，可以制備出適用于不同部位、溫降要求各異的熱防護(hù)材料。玻璃纖維耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好、機(jī)械強(qiáng)度高、隔熱性能優(yōu)異，已日益成為TPS中最具發(fā)展?jié)摿Φ母魺岵牧?。采用無紡工藝將玻璃纖維制成柔性或剛性的氈類材料，可起到優(yōu)異的隔熱效果。高溫下，熱輻射占著熱傳遞的絕大部分的比例。最大程度地降低高溫隔熱材料中的熱輻射成為了國內(nèi)外科研工作者們關(guān)注的重點(diǎn)。
[0004]中國發(fā)明專利ZL200910178894.2公開了一種包括聚乙烯氣泡層、鋁箔層、編織布層或玻璃纖維層和/或保護(hù)層的隔熱保溫材料。該材料質(zhì)輕、無塵，具有隔熱、隔音、防潮、防震的功能，同時(shí)具備光反射、熱反射及防輻射等性能。
[0005]中國發(fā)明專利ZL200610045857.0公開了一種含有樹脂35?60%、浸潤處理過的玻璃纖維35?60%和助劑0.5?5%的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。該復(fù)合材料可以在高溫、高濕、輻射等惡劣條件下長期使用。
[0006]中國發(fā)明專利ZL200910272199.2公開了一種由干法成型技術(shù)制備的由納米S12粉末40?80%、紅外遮光劑5?40%和增強(qiáng)纖維O?25%混合而成的高溫管道用高效隔熱材料。該隔熱材料可通過微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對導(dǎo)熱、對流及高溫下的輻射傳熱進(jìn)行充分抑制，使材料在使用溫度下導(dǎo)熱系數(shù)低于靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0007]中國發(fā)明專利ZL200810045434.8公開了一種復(fù)合多功能片材及其制作工藝。該片材具有四層結(jié)構(gòu)，由鋁箔、基材、玻璃纖維和聚氨酯泡沫構(gòu)成。該復(fù)合多功能片材隔音、保溫、隔熱、抗光輻射和熱輻射性能好，具有成本低、制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]航空航天材料必須具備承載和防熱的雙重功能。然而，傳統(tǒng)的玻璃纖維氈柔軟，不能用作結(jié)構(gòu)部件。另外，玻璃纖維氈對輻射的吸收作用有限。因而，唯有對玻璃纖維氈進(jìn)行成分設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化才能滿足其作為TPS芯材在隔熱方面上的苛刻要求。納米孔絕熱材料是基于低密度和超級細(xì)孔(小于50nm)的特點(diǎn)，可吸收和反射各種波長紅外光?？招奈⒅槭且环N空心、內(nèi)含負(fù)壓氣體的微小玻璃體，具有抗壓強(qiáng)度高、耐火度高、耐腐蝕率高、導(dǎo)熱系數(shù)低和熱收縮系數(shù)小的特性，被譽(yù)為空間時(shí)代材料。將玻璃纖維和空心微珠進(jìn)行特殊復(fù)合工藝，并進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)制得一種納米孔的復(fù)合材料隔熱氈，能夠最大程度地發(fā)揮玻璃纖維和空心微珠的優(yōu)勢，彌補(bǔ)缺陷，起到高效隔熱的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的高溫隔熱材料隔熱性能差和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，提供一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱氈及其制備方法，該復(fù)合隔熱氈可用作航空航天、建筑、機(jī)械、熱能等領(lǐng)域的隔熱部件，也可以用于可重復(fù)使用航天器中的TPS 中。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱氈，由空心微珠、玻璃纖維和耐高溫粘合劑組成，其特征在于空心微珠均勻地填充在玻璃纖維搭接的三維立體空間內(nèi)，通過耐高溫粘合劑的粘結(jié)作用形成一個(gè)納米孔道結(jié)構(gòu)的隔熱氈體。
[0011]在玻璃纖維組成的三維空間結(jié)構(gòu)中填充一定含量的多孔性不透明的空心微珠，可大幅增加材料內(nèi)部黑色屏，達(dá)到降低熱輻射的目的。另外，空心微珠的傳熱途經(jīng)曲折，既可減少輻射熱，又能增加熱橋的熱阻。復(fù)合隔熱氈內(nèi)部的孔隙被進(jìn)一步地被空心微珠所分割，得到一種納米孔絕熱材料，具有結(jié)構(gòu)致密、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可在高真空度的環(huán)境下長期服役。
[0012]所述的一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱租，其特征在于所述的玻璃纖維直徑為0.1?4 μ m。
[0013]所述的一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱租，其特征在于所述的空心微珠的粒徑在500?10000目之間。
[0014]所述的一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱氈，其特征在于所述的耐高溫粘合劑采用無機(jī)膠粘劑。
[0015]所述的一種空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱氈，其特征在于所述的各組分所占重量百分比分別為:
[0016]玻璃纖維 60?90%
[0017]空心微珠 O?30%
[0018]耐高溫粘合劑10?25 %。
[0019]為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種上述空心微珠為基核的玻璃纖維復(fù)合隔熱氈的制作方法，其特征在于包括下述順序的步驟:
[0020](I)將玻璃纖維進(jìn)行脫脂、水洗、中和和活化處理，形成表面粗糙的玻璃纖維；
[0021](2)取適量耐高溫粘合劑，在其中添加無水乙醇，并進(jìn)行稀釋處理，粘合劑重量占無水乙醇重量的1%?10% ；
[0022](3)取適量的玻璃纖維和空心微珠，送入配有稀釋后的耐高溫粘合劑的打漿池中，進(jìn)行機(jī)械打漿和超聲分散處理，形成均勻分散的玻璃纖維復(fù)合漿料；
[0023](4)將步驟(3)制得的漿料倒入模具中，通過真空吸附方法脫去水分，真空度控制在-0.0lMPa?-0.09MPa,吸附時(shí)間控制在5min?60min,形成濕的租還；
[0024](5)進(jìn)入烘箱烘干，烘箱長度10?30米，烘箱中心溫度在250?400°C之間，烘箱入口和烘箱出口半封閉，整個(gè)烘箱內(nèi)，溫度按照長度方向呈現(xiàn)中間高兩邊低的特征，烘干時(shí)間控制在10?20min之間；
[0025](6)用表面光滑的金屬壓板在氈坯表面均勻地施加壓力，使氈坯的厚度均勻一致。
[0026]與現(xiàn)有玻璃纖維隔熱氈及其制