[发明专利]一种有机无机复合的热防护隔热材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种有机无机复合的热防护隔热材料，包括以下原料：三元乙丙橡胶、纤维、隔热剂、聚合物树脂，阻燃剂，所述隔热剂中包括可陶瓷化填料。本发明的贡献首先在于选用二氧化硅气凝胶和巯基改性玻璃微珠等可陶瓷化填料，进一步提高了复合材料的隔热性能；本发明的进一步贡献在于引入了纤维、酚醛树脂和阻燃剂，改善了复合材料的耐烧蚀性能和阻燃性能。经过测试，本发明得到的热防护隔热材料综合性能优异，力学性能和隔热性能以及在实际中高温火焰下的隔热和耐烧穿的性能都令人满意。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及到一种有机无机复合的热防护隔热材料及其制备方法。

背景技术

热防护技术和热防护隔热材料是装备、设施在极端环境下安全使用的保障，它可以保护装备、设施在高温热环境下免遭烧毁或过热。目前，热防护技术和热防护隔热材料主要应用在航空航天和军工领域。

现有的热防护技术及材料主要包括烧蚀类和非烧蚀(可重复使用)类。烧蚀热防护，是指在热流环境中，防热材料能够发生分解、熔化、升华等多种吸收热能的物理化学变化，通过材料自身的质量损失消耗带走大量热量，以达到阻止热流传入结构内部的目的。代表性材料包括利用高温升华吸收热量的聚四氟乙烯、石墨、C/C复合材料；利用熔融的液态层来阻挡热流的石英和玻璃类材料；利用高分子材料的高温碳化吸收热流，并进一步形成碳化层辐射散热和阻塞热流的纤维增强树脂基复合材料。我国神州飞船采用的便是烧蚀类材料，即在玻璃纤维/酚醛蜂窝内加入增强纤维、玻璃空心微球、酚醛空心微球填料的苯基硅橡胶，在减少材料密度的同时，提高隔热性能并改善烧蚀材料表面的抗辐射能力，蜂窝结构还会提高材料的抗气流剪切能力，稳定烧蚀层，防止表面烧蚀层的脱离。

非烧蚀类材料仅用于相对缓和的环境，外部热量到达材料表面时，通过再辐射和对流将大部分热量从表面辐射出去，仅有极小部分热量到达材料内部。非烧蚀类材料主要包括金属TPS热防护材料、整体增韧抗氧化复合材料、超高温陶瓷、耐高温气凝胶隔热材料等。

三元乙丙橡胶(EPDM)密度低，热分解温度高，耐热氧老化性能好，充填系数大，与多种推进剂及壳体复合材料均有良好的相容性，是目前耐烧蚀材料常见的一种橡胶。但是EPDM隔热材料用于某些领域时，橡胶基材和有机填料在高温下，可能裂解成小分子，耐烧蚀性有限，无法抵抗中高温、高压、高速气流的冲刷作用，为了满足耐烧蚀和抗冲刷性能，需要加入无机填料和有机树脂等增加耐烧蚀性；加入的无机填料，比如二氧化硅，熔融后粘接高温形成的碳层，使形成的碳层不易发生剥离，脱落，提高了EPDM的隔热材料的耐烧蚀性；聚合物纤维的加入会提高EPDM材料的耐烧蚀性能，但纤维的加入可能导致断裂伸长率的下降，由于绝热层与壳体膨胀系数差异较大，所以，必将出现壳体、绝热层膨胀不协调的情况，这也要求内绝热层具有足够大的伸长率。

CN107915906A，CN104448576A，CN102120849A，CN112225998A，CN112397829A，CN112225998A，CN111409208A各自公开了一些就基于EPDM的隔热材料。但是综合性能还不够理想，或者力学性能不能满足要求，或者隔热性能不能满足要求，特别是在需要在特定空间内发挥隔热作用的领域。比如发动机的隔热材料，隔热材料的厚度有要求，而大部分EPDM隔热材料要达到需要的高温下的隔热性能，需要加厚隔热层的厚度，限制了这类材料的应用。

现有技术中还有采用可陶瓷化的填料技术，采用较低熔点(比如玻璃，硅酸盐等无机材料)，在高温下这些物质熔融，将碳层和其他固体颗粒一起形成一个固体网络，类似于陶瓷的烧结过程，因此称为可陶瓷化填料。但是往往会导致隔热材料韧性的下降。

基于上述研究背景，本发明提供了一种综合性能优异的有机无机复合的热防护隔热材料及其制备方法，制备了添加纤维、隔热剂、阻燃剂和可陶瓷化填料，从隔热性能、力学性能等方面对该材料进行了全面的测试评估。

发明内容