一种柔性多层纳米绝热毡及其制备方法与流程

本发明涉及绝热毡制备，尤其涉及一种柔性多层纳米绝热毡及其制备方法。

背景技术：

1、绝热毡是航天特种材料之一，可用于探测器的热核电池保温套、航空航天飞行器的辅助动力装置、飞行或关键数据记录仪、引气和除冰管道的热管理。太空环境复杂多变，航天器会经历极端温度，同时航天器在太空中又难以维修，因此对绝热毡的绝热效果及稳定性有极高要求。

2、在国内，航天材料及工艺研究所在中国专利公开号cn104210151a中揭示了使用玻璃钢面板封装的纳米绝热板的制备方法，在中国专利公开号cn114842572a中公开了一种基于可焓变纳米隔热材料的飞行参数记录器热防护套。航天特种材料及工艺技术研究所在中国发明专利公开号cn109400011a及cn109384449a中公开了一种短纤维增强的纳米绝热板的制备方法。上述无粘接剂直接压制的刚性纳米绝热板还存在粉尘脱落、基体力学性能不足的缺点。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术下纳米绝热毡出现粉尘脱落、基体力学性能不足的问题，提供一种柔性多层纳米绝热毡，该纳米绝热毡有优良的柔韧性和绝热效果，使用时无粉尘脱出，可应用于航空航天等高端领域隔热。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种柔性多层纳米绝热毡，包括绝热保温层及设置在绝热保温层上下两面的柔性面层，上下两面的柔性面层通过绗缝锁边连接，柔性面层表面依次涂覆阻燃涂层和疏水疏油涂层；

4、所述绝热保温层包括若干层纤维保温材料及设置在各层纤维保温材料之间的石英纤维网格布，所述纤维保温材料包括粉体-纤维混合料和粘合剂；

5、所述粉体-纤维混合料包括短切纤维、气相二氧化硅及红外遮光剂；

6、所述柔性面层包括耐高温纤维布及设置在耐高温纤维布与绝热保温层之间的无纺布。

7、本发明为复合多层结构，使用柔性面层包覆绝热保温层，避免出现纤维保温材料脱出柔性面层，并且绝热保温层中设有石英纤维网格布为纤维保温材料提供支撑，提高绝热毡的力学性能。纤维保温材料中添加粘接剂、并引入了定向铺层的长纤维，在保证隔热效果的前提下对纤维保温材料进行增韧。柔性面层表面的阻燃涂层可以提升阻燃效果，而疏水疏油涂层主要是起到双疏(疏水疏油)效果，以使得本发明在室外环境可以使用，雨雪天气不会吸水失效，同时可以抵抗工业应用环境中的油污。同时两种涂层具有一定封装效果，避免纤维保温材料中纤维或粉体通过柔性面层中的织物孔洞掉落。

8、作为优选，所述短切纤维为陶瓷纤维、金属氧化物纤维及玻璃纤维中的一种或多种；所述红外遮光剂为碳化硅粉体、钛白粉或氧化锆粉；所述粘合剂为辛酸。

9、辛酸常温下为固体，高温下为液体，其挥发性和熔点适当，因此作为粘合剂对二氧化硅纳米颗粒表面润湿性好，同时也可起到气相二氧化硅表面润滑剂的作用，有利于粉体在压制时的流动。

10、所述优选，短切纤维为短切硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、硅酸锆纤维、石英纤维、高硅玻璃纤维和无碱玻璃纤维中的一种或多种。

11、作为优选，所述纤维保温材料中气相二氧化硅、短切纤维及红外遮光剂的质量比例为(92～96)：(3～5)：(1～3)。

12、作为优选，所述石英纤维网格布为石英纤维纱线正交地铺敷得到，网状结构中网孔边长大于2mm。

13、石英纤维网格布的网孔边长大于5mm时对在其表面纤维保温材料泥料的铺敷效果影响不大，但是网孔边长≤2mm时，对铺敷泥料的连续性有一定影响。

14、作为优选，所述石英纤维网格布为石英纤维纱线与水平方向呈45°角的方向正交地铺敷，网状结构中网孔边长大于2mm。

15、作为优选，所述阻燃涂层为有机硅树脂、丙烯酸类膨胀型钢结构防火涂料或环氧类膨胀型钢结构防火涂料，所述疏水涂层为含氟硅氧烷类疏水剂。

16、作为优选，所述有机硅树脂由甲基二乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷共水解后得到。

17、有机硅树脂自身具有良好的阻燃性能，而膨胀型钢结构防火涂料受热后膨胀产生膨胀炭层，也具有a级阻燃性能，可极大提升绝热毡的阻燃性能。同时有机硅树脂、丙烯酸类膨胀型钢结构防火涂料或环氧类膨胀型钢结构防火涂料涂覆封装后可将柔性面层表面的孔隙和缝纫时产生的针眼完全密封，可防止内部的纳米颗粒脱落。

18、作为优选，所述耐高温纤维布为氧化铝纤维布、莫来石纤维布、石英纤维布、以inconel-716合金线材编织得到的高温合金编织布、以rene合金线材编织得到的高温合金编织布、pbo纤维布、阻燃型芳纶纤维布中的一种或多种。

19、作为优选，所述无纺布为聚丙烯无纺布或pvdf无纺布。

20、一种上述柔性多层纳米绝热毡的制备方法，包括如下步骤：

21、(1)将短切纤维预处理后与气相二氧化硅及红外遮光剂混合得到粉体-纤维混合料，再加入溶剂及粘合剂混匀得到泥浆，将泥浆静置后粉碎过筛得到细泥团；

22、(2)在耐高温纤维布上铺设无纺布，在无纺布上涂覆铺敷多层细泥团，每层细泥团之间铺敷一层石英纤维网格布，再在细泥团上依次铺敷无纺布及耐高温纤维布得到多层蓬松坯体，将多层蓬松坯体热压后进行绗缝锁边得到致密胚体；

23、(3)在致密胚体的耐高温纤维布表面涂覆阻燃涂层，加热固化后，通过气相沉积涂覆疏水疏油涂层，即得柔性多层纳米绝热毡。

24、本发明首先制备了多层蓬松坯体，使纤维保温材料的上下两侧为柔性面层包覆，通过热压过程中无纺布熔融实现对纤维保温材料的包覆，避免纤维保温材料中的颗粒或纤维脱出绝热保温层。绗缝锁边可进一步提高对绝热毡内部材料的封锁效果，并提高绝热毡的力学性能。

25、作为优选，所述(1)中短切纤维预处理过程为：将短切纤维与水混合制浆，浆料中固含量为0.3～0.5wt％，加入氨水调节浆料的ph值至8～10，再加入陶瓷分散剂混合后过滤、烘干或直接冻干。

26、预处理后可以得到蓬松的短纤维堆积体。

27、作为优选，所述陶瓷分散剂的添加量为总质量的0.02～0.05％。

28、作为优选，所述陶瓷分散剂为darvan-821a。

29、作为优选，所述(1)中溶剂为乙酸乙酯，每千克粉体-纤维混合料加入4～5l溶剂和1～2l粘合剂，泥浆在室温下至少静置36h，粉碎后过14～10目筛网。

30、静置晾干过程使得泥浆中的乙酸乙酯和一部分的辛酸挥发，使得有机份含量小于4wt％。

31、作为优选，所述(1)还包括将泥浆铺在具有特氟龙涂层的钢板表面静置晾干。

32、特氟龙涂层使得泥浆和钢板表面不粘接，有利于泥浆的烘干及从钢板表面收集晾干的泥团。

33、作为优选，所述(2)中多层蓬松坯体的厚度为5～8cm，致密胚体厚度为5～8mm，绗缝锁边的针距为0.5～1cm，行距为1～2.5cm。

34、作为优选，所述(2)中每层细泥团的铺敷厚度为0.5～1cm。

35、细泥团-石英纤维网格布的重复铺敷次数与细泥团单层厚度及绝热毡整体性能要求相关。其中石英纤维网格布的层数越多，绝热毡的力学性能越好，但是同时绝热毡的密度会增加，隔热性能也会有所下降。

36、作为优选，所述(2)中热压的温度为155～165℃，压力为20～30mpa。

37、作为优选，所述(3)为在致密胚体的耐高温纤维布表面涂覆阻燃涂层，加热固化后，置于疏水罐中，密封后抽真空至表压为-0.05～-0.08mpa，将疏水罐加热至80～85℃后维持真空并向疏水罐加入含氟硅氧烷类疏水剂，恒温处理2～3h，冷却后取出即得柔性多层纳米绝热毡。

38、使用气相沉积法制备疏水疏油涂层，涂覆均匀且双疏效果好。

39、因此，本发明具有如下有益效果：(1)隔热性能好，有优良的力学性能，适用于不同的应用场景；(2)可避免内部的粉尘脱落，可保持长时间的良好隔热效果，使用寿命长。