缝合层状柔性隔热材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隔热材料技术领域，尤其涉及一种缝合层状柔性隔热材料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 随着航空航天技术的发展，飞行器发动机热端部件的使用温度不断提高，内部控 制电路和金属材质构件的热防护显得尤为重要。陶瓷纤维具有低密度、高比强、抗氧化和耐 高温等优点，采用该类材料制备新型隔热材料日益成为研宄的热点。氧化铝纤维是高性能 陶瓷纤维的一种，主要成分为Al 2O3，以短纤、长纤、晶须等形式存在，具有高模量、高强度、高 熔点、耐高温氧化性和低导热系数等特点。与碳纤维相比，具有优异的抗高温氧化性能，能 够在高温使用过程中保持较高的抗拉强度；与碳化硅纤维相比，氧化铝纤维原料成本较低， 生产工艺较为简单，具有优异的性价比；此外，氧化铝纤维表面活性较高，易于与金属、陶瓷 基体复合。这些优点使氧化铝纤维广泛应用于航空、航天高温热防护工程领域。
[0003] 目前，根据飞行器耐高温要求和热端部件具体结构，主要选用纤维纸、纤维毡、纤 维垫、纤维板等单一的氧化铝纤维制品或多种成分复合制备刚性或柔性隔热材料来进行隔 热防护；另外，通过在纤维表面镀金属或高温无机胶的黏合来实现多层氧化铝纤维与石墨、 钼、金等材料一起使用，以减少高温条件下的热辐射。其中，纤维表面镀金或镀铂工艺较为 复杂，成本较高且热辐射幅度降低有限；采用高温无机胶黏合的氧化铝纤维复合金属层制 品（通常为二维层合板结构），在升温过程，一定的冲击载荷的作用下，由于不同种材料之 间热膨胀系数的差异，致使氧化铝纤维层与其它材料层之间产生应力集中，构件出现层间 开裂，并逐渐向层内扩展，使隔热材料的导热系数升高，降低了制品的隔热防护能力。
[0004] 缝合复合材料是20世纪80年代发展起来的一种新型三维层板结构，通过缝合线 (如玻璃纤维、碳纤维、Kevlar纤维纱线等）穿过层板厚度Z向缝合，将各个辅层联成一个 整体，可以有效提高复合材料层间强度及断裂韧性。在低速冲击条件下，缝合减小了面板破 坏面积，抑制了面板与泡沫分层面积的扩展，提高了复合材料的抗热冲击性能。以上所述缝 合复合材料多用于常温或是中低温服役条件下，尚没有用于进行1600°C的热防护的缝合复 合材料。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供一种缝合层状柔性隔热材料及其制备方法，主要目 的是提高抗高温氧化和隔热性能，各层之间具有较强的结合强度。
[0006] 为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
[0007] -方面，本发明实施例提供了一种缝合层状柔性隔热材料，包括：
[0008] 氧化铝纤维-石墨复合层，由氧化铝纤维纸与石墨纸间隔设置，各层之间粘结而 成；
[0009] 碳纤维布，分别设于氧化铝纤维-石墨复合层的两面；
[0010] 所述碳纤维布与氧化铝纤维-石墨复合层通过碳纤维绳缝合为一个整体。
[0011] 作为优选，所述氧化铝纤维纸与石墨纸之间利用固含量为15?40wt%的磷酸铝 溶液粘结而成。
[0012] 作为优选，所述氧化铝纤维纸与石墨纸粘结后，通过施加压力得到需要的厚度，并 在120°C下热处理2h。
[0013] 作为优选，所述碳纤维布与氧化铝纤维-石墨复合层通过碳纤维绳缝合为一个整 体后，在100?120°C下热处理12h。
[0014] 作为优选，所述氧化铝纤维纸通过如下步骤获得：
[0015] 以氧化铝纤维（Al2O3)为原料，与去离子水混合，高速搅拌得到氧化铝纤维浆料；
[0016] 对混合浆料进行抽虑脱水处理，得到氧化铝纤维纸。
[0017] 作为优选，所述氧化铝纤维与去离子水的质量比为1:70?80。
[0018] 作为优选，所述氧化错纤维衆料以400?1000r/min搅拌混合5?IOmin得到。
[0019] 作为优选，在氧化铝纤维浆料中还加入分散剂，搅拌分散均匀后进行抽滤脱水，分 散剂的加入量不大于氧化铝纤维浆料重量的1. 0%。
[0020] 作为优选，所述分散剂以重量百分百比浓度为40?60%的溶液的形式加入。
[0021] 作为优选，所述分散剂为聚丙烯酰胺。
[0022] 作为优选，所述氧化铝纤维纸的厚度为2?4mm。
[0023] 作为优选，所述石墨纸在与氧化铝纤维纸复合前进行真空预氧化处理，其中，真空 度为I. OX 10_3Pa，以5°C /min的升温速度升至1000?1200°C，保温Ih后随炉冷却。
[0024] 作为优选，所述碳纤维布预先经过了氧化铝/磷酸铝混合浆料的涂覆处理。
[0025] 作为优选，所述碳纤维布与氧化铝纤维-石墨复合层设置于缝合模具中进行缝 合，所述缝合模具包括：
[0026] 托板，用于承托被缝合物，所述托板上平行开有多个条形孔；
[0027] 夹板，用于将被缝合物固定在所述托板上，所述被缝合物的边缘位于托板与夹板 之间被夹持固定；
[0028] 固定装置，将托板与夹板固定。
[0029] 作为优选，所述夹板为平行设置的两个条形板，所述夹板与所述托板上的条形孔 平行设置。
[0030] 作为优选，所述固定装置为螺栓，所述托板及夹板上开有对应的螺栓孔。
[0031] 另一方面，本发明实施例提供了一种缝合层状柔性隔热材料的制备方法，包括如 下步骤：
[0032] 以氧化铝纤维为原料制备氧化铝纤维纸；
[0033] 将氧化铝纤维纸与石墨纸间隔设置，各层之间粘结而成氧化铝纤维-石墨复合 层；
[0034] 在氧化铝纤维-石墨复合层的两面分别设置碳纤维布；
[0035] 将碳纤维布与氧化铝纤维-石墨复合层通过碳纤维绳缝合为一个整体。
[0036] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0037] 1、本发明实施例的缝合层状柔性隔热材料最大程度的保留了氧化铝纤维的原始 结构，纤维的直径为3?5 μ m，具有优异的高温隔热性能。
[0038] 2、本发明实施例的缝合层状柔性隔热材料中采用碳纤维布配合碳纤维绳对氧化 铝纤维/石墨材料进行缝合，提高了氧化铝纤维纸与石墨纸Z向纤维体积分数及层间剪切 性能，在热冲击使用过程中，抑制了分层损伤的扩展，有效杜绝了层间开裂，保证了隔热材 料的结构整体性。
[0039] 3、本发明实施例的缝合层状柔性隔热材料在氧乙炔焰流的冲击下，控制表面温度 为1600 ± 50°C时，背面温度为480 ± 30°C，经过600S加热，无开裂现象，较好的满足了高温 下的隔热要求。
[0040] 4、本发明实施例的方法工艺过程较为简单，制备成本较低。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明实施例的缝合层状柔性隔热材料的结构示意图；
[0042] 图2为本发明实施例的缝合模具的结构分解示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限 定。在下述说明中，不同的"一实施例"或"实施例"指的不一定是同一实施例。此外，一或 多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0044] 实施例1
[0045] 将65g氧化错纤维与4550g去离子水混合，使用高速搅拌器以400r/min搅拌混合 5min，得到氧化铝纤维浆料；
[0046] 向得到的氧化铝纤维浆料中加入8g浓度为40wt%的聚丙烯酰胺溶液，以IOOOr/ min的转速对浆料进行搅拌分散5min，得到分散均匀的混合浆料；加入分散剂可以使氧化 铝纤维分散更加均匀，l〇〇〇r/min的转速时氧化铝纤维团聚程度较低，分散均匀。
[0047] 采用抽虑成型机对得到的混合浆料进行抽虑脱水处理，得到厚度为2±0. 5mm的 氧化铝纤维纸1，该厚度易于控制尺寸，便于后续加工；其中抽虑真空度为0. 08?I. OMPa， 过滤布的尺寸为380 X 780mm2;
[0048] 石墨纸2进行真空预氧化处理，其中真空预氧化处理以5°C /min的升温速度升至 1200°C，保温Ih后随炉冷却；经过真空预氧化处理将石墨纸中所含有机物完全碳化，避免 在高温使用过程中因有机物氧化在石墨纸表面出现气泡，保证最终产品的质量。
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