一种轻量隔热复合材料层板的制作方法

1.本实用新型涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种轻量隔热复合材料层板。


背景技术：

2.气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。芳纶纤维密度：间位芳纶纤维的密度是1.37-1.38g/cm3,对位芳纶纤维的密度是1.44g/cm3；碳纤维密度是1.5
‑‑
1.8g/cm3；气凝胶的密度是0.355g/cm3，仅为空气密度的2.75倍。如果将气凝胶组合到复合材料中，即结构中含有气凝胶的芳纶纤维复合材料层板会比单纯的芳纶纤维复合材料层板重量大大减轻。
3.气凝胶的种类很多，有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系、金属系等等。气凝胶新材料非常坚固耐用，最高能承受1200℃-1400℃的高温，此外气凝胶可以承受相当于自身质量几千倍的压力，它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。其中，硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0.013w/m
·
k，是热导率最低的固态材料，掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800k时的热导率仅为0.03w/m
·
k，作为军品配套新材料得到进一步发展。
4.现有技术中的碳纤维复合材料，使用耐高温双马来酰亚胺树脂含浸碳纤维和芳纶纤维，再用这种碳纤维预浸布包覆在上下外观表面，气凝胶隔热层以芳纶纤维预浸布做为高温隔热材料，制作复合材料层板，其耐温≥260℃。若使用其他的隔热材料作为辅料，比如多孔材料，石棉板、矿棉板、石膏板；玻璃纤维棉板，玻璃纤维棉毡；也有用热反射金属材料和真空材料做为隔热材料等，其上下表面包覆碳纤维复合材料或芳纶纤维复合材料，其结构多为蜂窝结构，三明治夹层结构，这样的夹层结构普遍厚度比较厚，重量比较重，适用的领域有限。
5.因此，如何将气凝胶材料与碳纤维材料集合为一体，形成一种薄厚度的复合材料，保证产品隔热性能的情况下，有效降低产品重量，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种轻量隔热复合材料层板，解决现有技术碳纤维复合材料结构厚度大、重量重的问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
8.本实用新型一种轻量隔热复合材料层板，包括内层、气凝胶隔热层和外层，所述内层和外层采用碳纤维复合材料，所述气凝胶隔热层位于中心位置，所述内层和外层复合连接在所述气凝胶隔热层的内外两侧。
9.进一步的，所述碳纤维复合材料包括碳纤维预浸布和芳纶纤维预浸布，外侧的所述碳纤维预浸布与内侧的所述芳纶纤维预浸布通过耐高温双马来酰亚胺树脂含浸后复合连接为一体，所述芳纶纤维预浸布贴合在所述气凝胶隔热层的两侧。
10.进一步的，所述气凝胶隔热层具体采用气黏胶毡、气黏胶粉或由气黏胶粉制作而成的气凝胶片板、气凝胶隔热片或气凝胶隔热膜。
11.进一步的，所述气凝胶隔热层的两侧设置有第一隔离层和第二隔离层，所述第一隔离层位于所述内层和所述气凝胶隔热层的内侧面之间，所述第二隔离层位于所述气凝胶隔热层的外侧面和所述外层之间。
12.进一步的，所述第一隔离层和第二隔离层采用铁氟龙脱模布，所述铁氟龙脱模布的厚度为0.1-0.25mm。
13.进一步的，所述内层、第一隔离层、所述气凝胶隔热层、第二隔离层和外层复合连接为一个整体，并根据设计压制成结构件。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：
15.本实用新型轻量隔热复合材料层板，包括碳纤维复合材料的内层和外层与中间的气凝胶隔热层复合连接在一起，中间的气凝胶隔热层密度小，且具有绝佳隔热效果，其中的碳纤维复合材料通过碳纤维预浸布和芳纶纤维预浸布复合而成，最终制作的复合材料层板既可以达到重量超轻量化，又具有绝佳隔热效果，满足用户要求。同时，采用铁氟龙脱模布制成的隔离层，可以预防和减少树脂在流出时渗入到气凝胶里面，从而避免增加层板的重量。
16.本实用新型构思巧妙，布局合理，通过材料的合理选择实现了一种新型层板结构，保证隔热性能的同时，实现了厚度减薄、重量减轻的目的，且该轻量隔热复合材料层板不仅在航空航天等领域有广泛的运用空间，同时在其他军用、民用领域也有广泛的运用空间。
附图说明
17.下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。
18.图1为本实用新型轻量隔热复合材料层板剖视示意图；
19.图2为本实用新型轻量隔热复合材料层板截面示意图；
20.图3为本实用新型轻量隔热复合材料层板的制件结构示意图；
21.附图标记说明：1、内层；2、气凝胶隔热层；3、外层；4、第一隔离层；5、第二隔离层。
具体实施方式
22.如图1所示，一种轻量隔热复合材料层板，包括内层1、气凝胶隔热层2和外层3，所述内层1和外层3采用碳纤维复合材料，所述气凝胶隔热层2位于中心位置，所述内层1和外层3复合连接在所述气凝胶隔热层2的内外两侧。
23.具体的，所述碳纤维复合材料包括碳纤维预浸布和芳纶纤维预浸布，外侧的所述碳纤维预浸布与内侧的所述芳纶纤维预浸布通过耐高温双马来酰亚胺树脂含浸后复合连接为一体，所述芳纶纤维预浸布贴合在所述气凝胶隔热层2的两侧。其中，碳纤维预浸布的性能为耐温200℃左右，芳纶纤维预浸布的性能为耐温≥260
°
℃，使用芳纶纤维预浸布加气凝胶材料制作防弹装备是能够抵抗炸药直接爆炸产生的冲击力和热能带来的伤害。
24.所述气凝胶隔热层2具体采用气黏胶毡、气黏胶粉或由气黏胶粉制作而成的气凝胶片板、气凝胶隔热片或气凝胶隔热膜。
25.具体的，所述气凝胶隔热层2的两侧设置有第一隔离层4和第二隔离层5，所述第一隔离层4位于所述内层1和所述气凝胶隔热层2的内侧面之间，所述第二隔离层5位于所述气凝胶隔热层2的外侧面和所述外层3之间。所述第一隔离层4和第二隔离层5采用铁氟龙脱模布，所述铁氟龙脱模布的厚度为0.1-0.25mm。具体来说，因为碳纤维复合材料在高温高压固化成型时，纤维中预浸的高温双马来酰亚胺树脂会流出，有可能流出渗入到中间的气凝胶隔热层2中，这样会增加层板预设的重量。在气凝胶隔热层2的两侧贴覆一层0.1mm、0.15mm、0.2mm或0.25mm厚度的铁氟龙脱模布后，可以有效的预防和减少树脂在流出时渗入到气凝胶里面，避免增加层板的重量，保证层板整体具备轻质的要求。
26.具体的，所述内层1、第一隔离层4、所述气凝胶隔热层2、第二隔离层5和外层3复合连接为一个整体，并根据设计压制成结构件，具体的结构件多为壳体结构或板材结构。所述气凝胶隔热层2具体采用气黏胶毡、气黏胶粉或由气黏胶粉制作而成的气凝胶片板、气凝胶隔热片或气凝胶隔热膜。
27.具体的，因为气凝胶有粉状、片状、板状和膜状，所以在运用碳纤维复合材料加气凝胶制作层板时，结构铺叠设计空间灵活、广阔，可以制作1mm厚度以下，最薄可以制作0.6mm厚度的复合材料隔热层板，当然也可以制作1mm厚度以上的隔热层板，具体厚度尺寸和形状可以依据用户需求进行设计。
28.其中，气凝胶具有很小的热膨胀系数和极低的模量，气凝胶的young’s模量为106n/m2数量级，比相应的玻璃态低四个数量级，使得气凝胶具有抗震、耐冲击的特性。以上气凝胶的特性和优势，使用碳纤维复合材料加气凝胶制作的轻量隔热复合材料层板在航空航天等领域有广泛的运用空间，同时在其他军用、民用领域也有广泛的运用空间。
29.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。