异质防隔热一体化预制体及其制备方法和防隔热材料与流程

本发明涉及纤维预制体设计，尤其涉及一种异质防隔热一体化预制体及其制备方法和防隔热材料。

背景技术：

1、防隔热一体化预制体材料是通过防热-隔热一体化设计，实现抗氧化烧蚀外层与高韧性隔热基体的一体化连接，通常由表层高密度防热材料、内层低密度防隔热材料和中间过渡层材料组成。

2、目前国内的防隔热一体化预制体主要采用不同密度的石英纤维材质经梯度密度设计制成。由于内外层材料密度相差较大，过渡层设计不佳时容易导致界面问题。

3、cn202311583844.9提供了一种梯度密度预制体及其制备方法和防隔热材料，所述梯度密度预制体包括第一层、第二层和第三层；所述第一层的密度≥所述第二层的密度，所述第二层的密度≥所述第三层的密度；所述第二层包括第一密度区、第二密度区以及从所述第一密度区向所述第二密度区过渡的第二层过渡区；所述第二层的第一密度区和第二密度区的密度不同，解决了不同密度区域的预制体之间热膨胀系数不一致，在高温环境下可能发生热膨胀失配、复合材料分层等问题。

4、但是该种密度分区设计方法较为复杂，不利于生产效率的提高。

5、因此，需要设计新的防隔热一体化预制体结构，以解决过渡层问题的同时提高生产效率。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种异质防隔热一体化预制体及其制备方法和防隔热材料，通过选取具有防热性能的纤维和具有隔热性能的纤维设计成密度接近的外防热层和内隔热层，再采用由这两种纤维制成的过渡层实现连接形成整体结构，有效改善了内外层界面易断裂分层问题，且制备工艺简单高效。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种异质防隔热一体化预制体，所述异质防隔热一体化预制体依次包括内隔热层、过渡层和外防热层；其中所述外防热层包括若干个防热纤维单元层，所述防热纤维单元层采用两层防热纤维布复合一层防热纤维网格缠绕复合一层防热纤维网胎制成；所述过渡层包括至少2个过渡单元层，所述过渡单元层采用两层防热纤维布复合一层防热纤维网格缠绕复合一层隔热纤维网胎制成；所述内隔热层包括若干个隔热纤维单元层，所述隔热纤维单元层采用一层隔热纤维布复合一层隔热纤维网格缠绕复合一层隔热纤维网胎制成；且所述外防热层、过渡层和内隔热层的各单元层之间各自独立地采用逐层针刺方式引入的z向纤维进行层间连接。

4、本发明提供的异质防隔热一体化预制体具有如下几个特殊优势：首先，通过采用材质不同的外防热层和内隔热层相组合，具有优异的防隔热一体化效果；其次，在防热层和隔热层之间设置过渡层，并将过渡层的结构设计为包括防热纤维布、防热纤维网格和隔热纤维网胎，能够起到良好地连接外防热层和内隔热层的效果；更进一步，采用逐层针刺方式引入的z向纤维进行层间连接，不仅避免了原有技术中采用分区密度法导致的生产复杂的问题，而且提高了本发明中外防热层和内隔热层之间的连接强度，从而有效改善了内外层界面易断裂分层问题。

5、优选地，所述外防热层的密度＞内隔热层的密度。

6、优选地，所述外防热层的密度与内隔热层的密度之差≤0.1g/cm3，例如可以是0.01g/cm3、0.02g/cm3、0.03g/cm3、0.04g/cm3、0.05g/cm3、0.06g/cm3、0.07g/cm3、0.08g/cm3、0.09g/cm3或0.1g/cm3等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

7、值得说明的是，本发明中外防热层的密度与内隔热层的密度之差需要控制在上述范围内，当二者密度差过大时，即使设计有过渡层也难以实现二者的有效衔接，仍然容易出现层间断裂的情况。而且需要控制外防热层的密度＞内隔热层的密度，这样才能有更优的防热隔热效果。

8、优选地，所述外防热层的体积密度为0.6~0.8g/cm3，例如可以是0.6 g/cm3、0.62g/cm3、0.63 g/cm3、0.65 g/cm3、0.68 g/cm3、0.70 g/cm3、0.71 g/cm3、0.72 g/cm3、0.73 g/cm3、0.75 g/cm3或0.80 g/cm3等。

9、优选地，所述内隔热层的体积密度为0.52~0.72g/cm3，例如可以是0.52 g/cm3、0.55 g/cm3、0.58 g/cm3、0.59 g/cm3、0.60 g/cm3、0.62 g/cm3、0.65 g/cm3、0.68 g/cm3、0.70 g/cm3或0.72 g/cm3等。

10、优选地，所述过渡层的体积密度为0.55~0.65g/cm3，例如可以是0.55 g/cm3、0.56g/cm3、0.58 g/cm3、0.60 g/cm3、0.61 g/cm3、0.62 g/cm3、0.63 g/cm3、0.64 g/cm3或0.65g/cm3等。

11、优选地，所述防热纤维布、防热纤维网格和防热纤维网胎的材质各自独立地为石英纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维或莫来石纤维中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为石英纤维和碳化硅纤维的组合，氧化铝纤维和碳化硅纤维的组合，石英纤维和氧化铝纤维的组合，莫来石纤维和碳化硅纤维的组合。

12、优选地，所述隔热纤维布、隔热纤维网格和隔热纤维网胎的材质为碳纤维、石英纤维或玄武岩纤维中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为碳纤维和石英纤维的组合，玄武岩纤维和石英纤维的组合，碳纤维和玄武岩纤维的组合。

13、优选地，所述外防热层、过渡层和内隔热层中每3个单元层之间内部具有贯穿缝合线。

14、本发明进一步优选外防热层、过渡层和内隔热层中每3个单元层之间内部具有贯穿缝合线，从而能够使各层之间的连接更为紧密且强度更高，可更进一步改善内外层界面易断裂分层问题。

15、优选地，所述贯穿缝合线的纤维材质与所述内隔热层的材质相同。

16、优选地，所述异质防隔热一体化预制体还包括设置在所述外防热层的外侧的防热纤维网胎封面。

17、优选地，在所述外防热层的外侧设置至少2层防热纤维网胎封面。

18、优选地，所述外防热层、过渡层和内隔热层的各单元层均为叠层交替平铺方式铺层。

19、第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述的异质防隔热一体化预制体的制备方法，所述制备方法包括：

20、将外防热层、过渡层和内隔热层的各单元层采用叠层交替平铺方式进行铺层；并采用针刺工艺进行逐层针刺引入z向纤维进行层间连接。

21、本发明第二方面提供的异质防隔热一体化预制体的制备方法仅需要将各单元层进行叠层交替平铺，再逐层针刺引入z向纤维进行层间连接，即可制备得到异质防隔热一体化预制体，制备工艺简单高效，应用前景广阔，

22、优选地，所述针刺的密度为20~30针/cm2，例如可以是20针/cm2、22针/cm2、23针/cm2、24针/cm2、25针/cm2、26针/cm2、27针/cm2、28针/cm2、29针/cm2或30针/cm2等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

23、优选地，所述针刺的深度为13~16mm，例如可以是13mm、13.4mm、13.7mm、14mm、14.4mm、14.7mm、15mm、15.4mm、15.7mm或16mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

24、优选地，所述外防热层、过渡层和内隔热层中每3个单元层之间各自独立地采用贯穿缝合的方式进行勾缝加固。

25、优选地，所述贯穿缝合的纤维材质与所述内隔热层的材质相同。

26、优选地，所述贯穿缝合的方式为单股双向缝合。

27、优选地，所述贯穿缝合的缝合间距为4~10mm，例如可以是4mm、4.7mm、5.4mm、6mm、6.7mm、7.4mm、8mm、8.7mm、9.4mm或10mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

28、第三方面，本发明提供一种防隔热材料，所述防隔热材料是以第一方面所述的异质防隔热一体化预制体为增强基材形成的复合材料。

29、本发明第三方面提供的防隔热材料具有优异的防热和隔热性能，且不容易出现内外界面断裂分层的问题，并且制备工艺简单高效，应用前景广阔。

30、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

31、本发明提供的异质防隔热一体化预制体的防热层和隔热层采用不同的材质设计，以充分发挥材质各自的防热、隔热性能；并通过在防热层和隔热层之间设置过渡层，且过渡层的结构设计为包括防热纤维布、防热纤维网格和隔热纤维网胎，能够起到良好地连接外防热层和内隔热层的效果，而且通过采用逐层针刺方式引入的z向纤维进行层间连接，能够更进一步降低层间断裂的风险；

32、（2）本发明提供的异质防隔热一体化预制体的制备方法生产效率高，且应用前景广阔；

33、（3）本发明提供的防隔热材料具有优异的防热和隔热性能，且不容易出现内外界面断裂分层的问题。