一种耐高温柔性可变形隔热材料及其制备方法和应用

本发明涉及隔热材料，特别是涉及一种耐高温柔性可变形隔热材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在国内外现有非烧蚀型热防护材料中，主要有刚性隔热瓦和柔性隔热毡。隔热瓦有一个致命的缺点为本征脆性，存在抗震能力弱、需安装应变隔离垫、难以实现大尺寸制备的问题，且刚性隔热瓦维护成本较高，限制其更广泛的应用；柔性隔热毡一旦经拉伸变形后结构会发生破坏，甚至形状不能回复。

2、因此，针对未来可变形热防护材料的迫切需求，突破刚性隔热材料脆性以及柔性材料形状回复能力差等问题，亟需制备一种新型耐高温柔性可变形隔热材料。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种耐高温柔性可变形隔热材料及其制备方法和应用，本发明提供的可变形隔热材料尺寸及形状可调控，在高温和低温条件下均能够实现大尺度变形拉伸变形后形状可回复，结构不易破坏，可以满足800℃以上的高温可变形的使用需求。

2、本发明在第一方面提供了一种耐高温柔性可变形隔热材料，所述可变形隔热材料包括具有折纸结构的纤维基体和第一气凝胶增强体。

3、优选地，所述纤维基体包括二氧化硅纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种；和/或

4、所述第一气凝胶增强体为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶、铝-硅气凝胶中的一种或多种；优选的是，所述第一气凝胶增强体占所述可变形隔热材料质量的30～60％。

5、优选地，所述折纸结构为z型折纸结构、flasher折纸结构、miura折纸结构中至少一种。

6、本发明在第二方面提供了一种第一方面所述的可变形隔热材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

7、将纤维进行预处理、成型，得到纤维基体；

8、将所述纤维基体浸渍于第一气凝胶前驱体浸渍液中，经第一热处理、溶剂置换、超临界干燥，得到可变形隔热材料。

9、优选地，所述第一气凝胶前驱体浸渍液包括将第一气凝胶前驱体、有机溶剂和催化剂；优选的是，所述第一气凝胶前驱体为硅源、铝源、锆源中的一种或多种；优选的是，所述有机溶剂为醇；优选的是，所述催化剂为酸溶液或碱溶液，更优选的是，所述酸溶液和所述碱溶液的浓度独立地为0.15～0.75mol/l。

10、所述硅源为水玻璃、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中一种或多种；

11、所述铝源为仲丁醇铝、异丙醇铝、六水合氯化铝、九水合硝酸铝中一种或多种；

12、所述锆源为正丙醇锆、正丁醇锆、乙酸锆、八水合氧氯化锆中的一种或多种；

13、所述酸溶液为盐酸、醋酸和硝酸中的一种或多种；和/或

14、所述碱溶液为氨水、氢氧化钠溶液中的一种或多种。

15、优选地，所述第一气凝胶前驱体占所述第一气凝胶前驱体浸渍液总质量的15～45％。

16、优选地，所述预处理包括将纤维进行铺层、裁剪、浸润；

17、所述成型包括压制成型、挤压成型、半手工折叠成型中的至少一种；和/或

18、所述第一热处理的温度为30～60℃。

19、本发明在第三方面提供了一种第一方面所述的可变形隔热材料的应用，用于制备变体飞行器中的防热蒙皮。

20、本发明在第四方面提供了一种第一方面所述的可变形隔热材料的应用，用于防护服、帐篷、天线罩、充气式防热罩领域。

21、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

22、本发明提供的可变形隔热材料包括具有折纸结构的纤维基体和第一气凝胶增强体，气凝胶不仅可以降低复合材料的导热系数，提升复合材料的隔热效果，而且也可以作为纤维成型的粘合剂，不仅使得纤维在气凝胶的粘结作用下成型为一体结构，同时有利于纤维形状的维持，使隔热材料具有柔性、耐高温、可变形的特点。

23、本发明提供的具有折纸结构的可变形隔热材料尺寸及形状可调控，外观形态多变，可实现不同变形方式及不同变形量，在高温和低温条件下均能够实现大尺度变形，拉伸变形后形状可回复，结构不易破坏，可以满足800℃以上的高温可变形的使用需求，克服了现有刚性隔热瓦易碎、柔性隔热毡不可形变的问题，扩宽了隔热材料在热防护领域的应用场景。

24、本发明提供的可变形隔热材料的制备方法工艺简单，可设计性强，制得的隔热材料具有柔性、隔热、耐高温、大尺度变形等性能，可与其他材料进行组合，集多功能与多用途于一体，可以满足不同领域的应用需求。

技术特征：

1.一种耐高温柔性可变形隔热材料，其特征在于，所述可变形隔热材料包括具有折纸结构的纤维基体和第一气凝胶增强体。

2.根据权利要求1所述的可变形隔热材料，其特征在于，所述纤维基体包括二氧化硅纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维中的一种或多种；和/或

3.根据权利要求1所述的可变形隔热材料，其特征在于，所述折纸结构为z型折纸结构、flasher折纸结构、miura折纸结构中至少一种。

4.一种权利要求1-3任一项所述的可变形隔热材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一气凝胶前驱体浸渍液包括将第一气凝胶前驱体、有机溶剂和催化剂；优选的是，所述第一气凝胶前驱体为硅源、铝源、锆源中的一种或多种；优选的是，所述有机溶剂为醇；优选的是，所述催化剂为酸溶液或碱溶液，更优选的是，所述酸溶液和所述碱溶液的浓度独立地为0.15～0.75mol/l。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硅源为水玻璃、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中一种或多种；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一气凝胶前驱体占所述第一气凝胶前驱体浸渍液总质量的15～45％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预处理包括将纤维进行铺层、裁剪、浸润；

9.一种权利要求1-3任一项所述的可变形隔热材料的应用，其特征在于，用于制备变体飞行器中的防热蒙皮。

10.一种权利要求1-3任一项所述的可变形隔热材料的应用，其特征在于，用于防护服、帐篷、天线罩、充气式防热罩领域。

技术总结本发明提供了一种耐高温柔性可变形隔热材料及其制备方法和应用，属于隔热材料技术领域，所述可变形隔热材料包括具有折纸结构的纤维基体和第一气凝胶增强体。本发明提供的可变形隔热材料尺寸及形状可调控，在高温和低温条件下均能够实现大尺度变形拉伸变形后形状可回复，结构不易破坏，可以满足800℃以上的高温可变形的使用需求。技术研发人员：徐宝升,史宝璐,谢龙,顾井峰受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12