柔性纤维毡的制备及弹性与隔热性能研究

柔性纤维毡过去常作为一种可重复使用的隔热材料用于高超声速飞行器背风面的热防护,这种材料的柔弹性方面的性能在热密封领域也有很广阔的应用前景。本工作基于柔性纤维毡的热密封潜在需求,对柔性纤维毡及其棉芯的耐温水平、弹性性能、隔热性能等开展研究,揭示这类柔性纤维隔热材料的传热方式和变形特征,初步提出这种材料的应用环境范围,为这种纤维保温材料在热密封领域的设计、研制和发展提供基础研究依据。研究表明,柔性棉芯压缩30%时回弹率大于80%,随着压缩循环次数增加,回弹力会发生衰减,压缩变形会引起棉芯导热系数的增大,石英棉芯在1100℃受压加热会发生显著的体积收缩。柔性隔热毡具有优良的隔热能力,在升温至1000℃后保温60 min,仍然可以维持背面温度低于200℃。

SiOC气凝胶/柔性陶瓷纤维复合材料的制备和性能

选用正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,用溶胶-凝胶法制备不同C/Si(原子比,下同)比的SiOC气凝胶,再用大气喷涂法将其喷涂在柔性陶瓷纤维隔热毡中制备出SiOC气凝胶/柔性陶瓷纤维复合材料。C/Si比,是影响SiOC气凝胶/柔性陶瓷纤维复合材料性能的主要因素。随着C/Si比的提高SiOC溶液的凝胶时间延长且更易浸入隔热毡,材料的密度和热导率先降低后提高。C/Si比为0.67的材料热导率最低,其室温热导率为0.026 W/m·K,1000℃时的热导率为0.174 W/m·K。与未改性的隔热毡相比,其热导率显著降低,尤其是在高温下热导率降低47%;同时,这种材料还具有优异的耐高温和抗氧化性能,在1200℃空气中静烧1 h后试样的质量损失只约为1%,静烧3 h后约为5%,随着C/Si比的提高其质量损失随之提高;同时,SiOC气凝胶复合材料还具有良好的疏水性能、柔性和回弹性。