SiOC氣凝膠/柔性陶瓷纖維復合材料的制備和性能

隨著(zhù)高超聲速飛行器馬赫數的不斷提高對熱防護材料性能的要求越來(lái)越苛刻,不僅要求其具有極高的隔熱性能,還要具有更低的密度和更高的耐高溫性能[1~4] 因此,開(kāi)發(fā)新型輕質(zhì)、隔熱、耐高溫的熱防護材料,是高超聲速飛行器發(fā)展亟待解決的問(wèn)題 柔性陶瓷纖維隔熱氈具有導熱系數和密度低、可壓縮和可折疊的特點(diǎn),可粘貼在復雜金屬異形構件的表層 纖維隔熱氈還具有較高的耐高溫性能 [5,6] 但是,柔性隔熱氈在高濕度環(huán)境吸濕增重,且當溫度達到900℃時(shí)石英纖維析晶使其結構受到破壞,力學(xué)性能和隔熱性能迅速降低[7,8] 因此,需要對柔性陶瓷纖維隔熱氈進(jìn)行改性處理以提高其高溫熱性能和疏水防潮性能 提高隔熱氈的耐高溫和抗氧化性能的主要方法,是在隔熱氈高溫一側噴涂耐高溫涂層以減少向隔熱氈內傳輸熱量[9,10] Devapal等[11]在玻璃/石英織物的表面噴涂陶瓷涂層,以提高柔性隔熱氈的性能 研究發(fā)現,涂層可承受的最大熱通量為4.8 W/cm2,在500~1000 Pa的真空下減壓或在0~100℃的溫度范圍內3次溫度循環(huán),或其最大剪切應力小于113 Pa涂層不發(fā)生剝離 Kourtides等[12]在柔性纖維隔熱氈表面制備的陶瓷涂層PCC具有輻射率高、穩定性好和表面反應率低等優(yōu)點(diǎn),可承受1650℃的高溫 但是涂層很難具有與隔熱氈相同的熱膨脹系數和柔度,易在高溫或形變后發(fā)生分離而失去保護隔熱氈的性能 氣凝膠材料具有低密度、高孔隙率和比表面積大等特點(diǎn)[13~17],作為基體填充到隔熱氈中不會(huì )使其密度大幅度提高,同時(shí)保持極高的孔隙率而不會(huì )使隔熱氈的性能?chē)乐亟档?與其他氣凝膠相比,SiOC氣凝膠還具有疏水性好,可設計性強等優(yōu)點(diǎn) Soraru等[18]使用甲基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷用溶膠凝膠法制備SiOC氣凝膠,其熱性能受組成、熱解氣氛和和樣品尺寸的影響 Ma等[19]用由三乙氧基乙烯基硅烷/四乙氧基硅烷熱解制備的前驅氣凝膠制備無(wú)裂紋的SiOC氣凝膠,發(fā)現堿催化劑含量的提高使其堆積密度和表面積降低；在1000℃裂解后,SiOC氣凝膠中的Si-C鍵仍然存在 近年來(lái),許多研究者制備氣凝膠/柔性纖維復合材料并研究其性能 Jabbari等[20]在厚度為0.2 mm的滌綸機織物兩面噴涂厚度為0.4 mm的SiO2氣凝膠/聚氯乙烯復合涂層,制備出氣凝膠含量(質(zhì)量分數)分別0、2%、3%、4%的柔性