一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113980343A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111136902.4C08K5/3477(2006.01)(22)申请日2021.09.27(71)申请人航天特种材料及工艺技术研究所地址100074北京市丰台区云岗北里40号院(72)发明人徐春晓刘圆圆郭慧宋寒王孟张贝贝李文静刘瑾张昊(74)专利代理机构北京君尚知识产权代理有限公司11200代理人邱晓锋(51)Int.Cl.C08J9/28(2006.01)C08L61/06(2006.01)C08L83/08(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图5页(54)发明名称一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料及其制备方法(57)摘要针对目前宇航飞行器领域对酚醛热防护材料提出的长时防隔热，耐烧蚀与轻质化需求，本发明提供了一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料及其制备方法，所述方法采用不同硼化合物对硅氧烷酚醛树脂无机改性，得到硼改性硅氧烷，作为共凝胶反应前驱体，与酚醛树脂溶解于乙醇溶液中，再加入交联剂六次甲基四胺，经过初期溶胶‑凝胶过程后进行加热固化，得到无机复合酚醛湿凝胶，常压干燥后得到耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料。本发明具有成本低廉、过程可控，反应条件低适宜工业生产等优点，所制备的耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料具有良好的抗氧化耐烧蚀性能，抗压强度高，热导率低，有望应用于高速飞行器外热防护领域。CN113980343ACN113980343A权利要求书1/1页1.一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料的制备方法，包括以下步骤：1)将硼化合物与官能性硅烷进行缩聚反应，从而将硼元素引入聚硅氧烷的硅氧骨架中，制备硼改性硅氧烷；2)将酚醛树脂添加至无水乙醇溶液中，配制成酚醛乙醇溶液；3)向酚醛乙醇溶液中加入硼改性硅氧烷并搅拌溶解；4)向步骤3)得到的混合溶液中加入交联剂六次甲基四胺，搅拌至六次甲基四胺溶解，得到均匀悬浊液；5)将悬浊液置于密闭容器中，进行溶胶‑凝胶反应得到无机复合酚醛湿凝胶；6)将湿凝胶取出，自然晾置后常压干燥，得到耐烧蚀酚醛气凝胶。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述硼化合物为硼酸、苯基硼酸、三氯化硼、硼酸酯中的一种。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述官能性硅烷为苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述缩聚反应的条件为90‑130℃反应2‑8小时。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述酚醛乙醇溶液的质量分数为20wt％‑50wt％；所述酚醛树脂的数均分子量Mn为300‑1500，软化点为40℃‑150℃。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述交联剂六次甲基四胺的加入量为体系酚醛含量的8wt％‑15wt％。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述搅拌为常温搅拌，搅拌的时间为4h‑6h。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)将悬浊液置于密闭容器中，放入烘箱加热，进行溶胶‑凝胶反应；所述烘箱加热的温度为80℃‑180℃，加热时间为10h‑72h。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)中所述常压干燥的温度为30℃‑80℃；常压干燥的时间为10h‑24h。10.根据权利要求1‑9中任一权利要求所述方法所制备的一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料。2CN113980343A说明书1/6页一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种耐烧蚀改性酚醛气凝胶热防护材料及其制备方法，属于酚醛树脂材料及飞行器热防护技术领域。背景技术[0002]航天飞行器高速在大气层中飞行时，由于气流与飞行器表面的剧烈摩擦与压缩，使边界层内气体急速升温，并对飞行器进行加热，称之为气动加热。对于再入式飞行器，表面温度可达2000℃以上，巡航式飞行器表面温度可达1000℃以上，严重的气动加热将对飞行器机体结构及内部设备产生严重的影响，必须采用热防护材料保护飞行器免受破坏。对于飞行速度达5马赫以上的高速飞行器，热防护技术成为与发动机同等重要的关键技术之一。[0003]以酚醛为代表的树脂基烧蚀防热材料在热防护系统中发展最早、应用最为广泛，先后发展了高硅氧/酚醛、碳/酚醛、先进碳/酚醛等材料体系，主要通过树脂的裂解吸热、裂解气体的质量引射以及碳化后碳化物的辐射效应起到防热效果，特别适用于短时、高焓、高热流环境，满足了众多弹道式飞行器、飞船的热防护需求。单一的防热已不能满足飞行器的需求，热防护材料需同时具备更优的隔热性能及抗烧蚀性能，在长时飞行中抑制热量传递、保持必要的气动外形，另外需要具有更低的密度，以降低飞行器的结构重量比。