[发明专利]一种表面复合的热防护材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面复合的热防护材料，为三明治结构，中间层为隔热材料基体，在隔热材料基体的上下两面覆盖有保护层；所述隔热材料基体包括以下原料：三元乙丙橡胶、纤维、隔热剂、聚合物树脂，复合阻燃剂，所述保护层为耐高温云母纸或耐高温织物。本发明在EPDM隔热材料基体表面复配纤维织物或云母纸，硫化压实制备而成，所得到的表面复合的热防护材料较薄，兼具优异的隔热效果和力学性能，在高温火焰下可以保持长时间不烧穿或者燃烧。

技术领域

本发明属于热防护复合材料领域，具体涉及到一种表面复合的热防护材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，各类新型航空航天器层出不穷，隔热技术作为热防护工程的核心被欧美等发达国家列为关键技术，近年来，各军事发达国家研制的隔热材料主要包括三类：纤维质隔热材料、多层反射热控材料、颗粒型隔热材料。

纤维质隔热材料，利用纤维隔热材料质轻、低导热、耐高温的特点，使用无机纤维或有机耐高温纤维制备成纤维毡、纤维布、纤维质等形式进而复合成为柔性隔热材料。多层反射热控材料，由多层反射纤维并散步金属碎片制成，广泛应用于国内外研制的各种卫星上。颗粒型隔热材料，具有空心结构，其密度低，导热第，可用于隔热填料，或者由空心陶瓷微珠、陶瓷微球与纤维混合经粘结热压成型，制成多孔状隔热材料。

针对这三种主要的隔热材料，各个国家和地区进行了大量的研究和应用。美国研制含金属箔与泡沫隔热层的柔性多层复合材料，复合材料至少有一层表面活性剂、微观结构的表面活性剂、填充物与粘结剂构成；第二层由金属成分构成，也有基布层，与第一层粘结。此复合材料在制备建筑材料和织物时较为有用，粘结剂可以采用丙烯酸橡胶，填充物可以采用二氧化硅，其堵塞小，热反射性好、阻燃、无重量损失、在明火时降低材料的瓦解，碳化钙与云母易增加产品的重量，玻璃纤维与陶瓷微球可以减轻重量并提高耐火性能，承受的最高温度为1100℃。基布可以采用任意耐温的增强材料，其作用为提高复合材料的强力，这种材料具有优异的热隔绝和防火性能。

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。

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，无法满足在高温、高压、高速气流的使用条件，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，会使形成的碳层不容易发生剥离，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，发动机在运输和储存过程中将遇到各种温度交变的环境而导致热应变的产生，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，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。此外，三元乙丙橡胶基体中虽然加入了阻燃剂，但是一般出于力学性能的考虑，阻燃剂的添加量不能太大。因此在高温火焰下，三元乙丙橡胶基隔热材料表面会起火燃烧，如果燃烧温度过高，火焰会进一步蔓延至整个材料表面，导致材料隔热失效。

发明内容