[发明专利]一种柔性可陶瓷化硅橡胶绝热复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性可陶瓷化硅橡胶绝热复合材料及其制备方法，该复合材料为硅橡胶/纤维布整体结构，其中硅橡胶为支撑结构，纤维布贯穿于硅橡胶中；所述复合材料由硅橡胶混炼得到的混炼胶片材与纤维布间隔堆叠、硫化得到，所述的混炼胶片材由以下质量份配比的原料制备而成：硅橡胶100份，气相二氧化硅20‑45份，陶瓷粉30‑160份，助熔剂0‑40份，短纤维6‑20份，结构控制剂1‑15份，硫化剂1‑4份。本发明提供的可陶瓷化硅橡胶复合材料柔性好，力学性能高，耐烧蚀性好，抗高速气流冲刷，能满足航空航天及特种防火工程领域对防火、隔热、耐烧蚀热防护性能的要求。

技术领域

本发明属于有机高分子化合物技术领域，涉及一种柔性可陶瓷化硅橡胶绝热复合材料及其制备方法。

背景技术

航天航空飞行器的飞速发展对热防护材料的要求越来越高。在目前的热防护材料中聚合物基复合材料相较于陶瓷基防热材料、金属基防热材料等在某些特殊的使用工况下有更明显的优势。而热防护领域逐步发展出的可陶瓷化聚合物复合材料结合了聚合物室温下密度低、比强度大、导热系数小等特点和陶瓷材料的高温优势，使其能够在不同的服役工况下发挥不同的作用，高温下的陶瓷化转变不仅可以起到防隔热的作用，还能对结构的维持有促进作用，因而应用越来越广泛。

此外，在飞行器中具有异形结构的热防护部位对材料的柔性有更高的要求，针对这些特殊部件采用柔性可陶瓷化聚合物复合材料可以发挥更好的作用。常用的柔性可陶瓷化聚合物复合材料包括丁腈橡胶、三元乙丙橡胶等弹性体复合材料。这些碳基的可陶瓷化复合材料在高温气流的烧蚀下存在烧失量过大的缺点，防热效果差，针对这些不足，本领域研究人员逐步开发出可陶瓷化硅橡胶基防热材料。

硅橡胶是主链为Si-O-Si键的线性高分子聚合物，SiO₂含量很高，在烧蚀过程中会产生大量的SiO₂可以参与复合材料中其他组份的陶瓷化反应，是一种较为理想的可陶瓷化聚合物基体材料。而且高温硫化硅橡胶具有优良的耐热性、较低的密度和导热系数，可广泛用于热防护领域。在硅橡胶中加入各种陶瓷填料，如各种金属与非金属氧化物、硅化物、碳化物、氮化物，以及各种硅酸盐矿物等，再通过纤维进行增强，可制备性能优异的可陶瓷化硅橡胶复合材料。中国专利CN 104629374A公布了一种硅橡胶基耐烧蚀绝热复合材料及其制备方法，提高了碳化层的强度与密度，改善了复合材料的烧蚀性能和抗氧化性，能够满足未来航天器速度快、载荷高的要求。中国专利CN 109206919A公布了一种硅橡胶绝热材料及其制备方法，具有耐高温、耐烧蚀、弹性好、抗小分子迁移能力强等优点。此外，中国专利CN106433148A公布了一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法，专利中通过针刺技术将基体共聚物带入碳纤维布的经纬缝隙间，提高了材料的力学强度和耐冲蚀性，降低了材料的线烧蚀率、质量烧蚀率。在这些已公开的专利资料中，所提供的可陶瓷化硅橡胶复合材料均存在一定的缺点，专利CN 104629374A和专利CN 109206919A中的绝热材料抗高速粒子气流冲刷性很差，在剪切作用下所形成的陶瓷保护层容易从表面剥落，造成更深层次的烧蚀，对飞行器形状的维持有劣化影响。而专利CN 106433148A中采用复杂的针刺技术将基体带入纤维缝隙中，制备工艺及其复杂，在目前的技术条件下仍无法实现规模化机器生产，产业化应用差，而且缝隙中的基体材料含量低，层间粘接性不好，整体性差。因此，需要研制一种耐烧蚀性好、抗高速气流冲刷、制备工艺简单、可规模化应用的可陶瓷化硅橡胶复合材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种柔性可陶瓷化硅橡胶绝热复合材料及其制备方法，通过添加耐热可陶瓷化填料提高硅橡胶绝热材料的耐烧蚀性，并通过短切纤维、晶须、浆粕等对复合材料进行弥散增强，提高抗气流冲刷性能，另采用耐高温纤维布提高可陶瓷化硅橡胶复合材料的力学性能和烧蚀产物的结构整体性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种柔性可陶瓷化硅橡胶绝热复合材料，该复合材料为硅橡胶/纤维布整体结构，其中硅橡胶为支撑结构，纤维布贯穿于硅橡胶中；