一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品

《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》是中國兵器工業第五九研究所於2011年11月11日申請的專利，該專利的申請號為2011103576315，公布號為CN103104327A，授權公布日為2013年5月15日，發明人是吳護林、張隆平、陳曉琴、李曉暉、諸祖渝、孫彩雲、王征輝、羅明波。

該發明涉及一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品。它是由纖維反射型複合隔熱材料和保護層製成的。該纖維反射型柔性複合材料隔熱製品中，隔熱層作為熱阻隔層具有低熱導率，能有效地抑制傳導熱，反射層作為熱輻射反射層具有高反射率，能有效地抑制輻射熱，實現了同時抑制熱傳導和熱輻射的功能，並且通過控制合理的鋪層順序和厚度，在複合隔熱材料層內部形成微氣隙層，進一步抑制了對流傳熱，實現了對傳導、輻射和對流三種熱傳遞方式的有效抑制，具有高效隔熱作用，其隔熱性能優於2011年前常用的單一纖維隔熱材料。

2016年12月7日，《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品
• 公布號：CN103104327A
• 授權日：2013年5月15日
• 申請號：2011103576315
• 申請日：2011年11月11日
• 申請人：中國兵器工業第五九研究所
• 地址：重慶市九龍坡區渝州路33號
• 發明人：吳護林、張隆平、陳曉琴、李曉暉、諸祖渝、孫彩雲、王征輝、羅明波
• Int.Cl.：F01N13/14(2010.01)I；F01N13/08(2010.01)I
• 代理機構：重慶弘旭專利代理有限責任公司
• 代理人：周韶紅
• 類別：發明專利

專利背景

隨著坦克、裝甲車輛等武器裝備發動機功率的不斷提高，發動機的排氣溫度已高達800℃～1000℃，其排氣管的內壁溫度在700℃～900℃範圍，然而強烈的熱輻射使得動力艙溫度高達100℃以上，嚴重影響了傳動系統工作的可靠性（潤滑油工作上限溫度為105℃），甚至造成駕駛艙溫度在50℃以上，嚴重影響了駕駛員安全操作。此外，強烈的熱輻射使戰車發動機周圍的車體紅外輻射特徵明顯，嚴重妨礙了戰車的戰術使用。

2011年11月前技術中，常採用各種纖維棉或石棉包裹的方法，以解決上述車輛發動機排氣管存在的高溫隔熱問題，然而實際套用中存在下述等技術問題：①隔熱效果不理想：包裹纖維棉或石棉後排氣管表面實際溫度在210℃～290℃，嚴重影響了動力傳動系統工作的可靠性和駕乘人員的正常工作，使裝甲車輛兩側有明顯紅外輻射特徵；②纖維棉在700℃下僅使用2000千米就開始粉化、脫落，降低了隔熱性能；纖維棉對皮膚有刺激作用，吸入影響健康，且普通纖維棉浸油、易燃、發煙，因而影響了發動機和駕乘人員的安全工作；③廢棄的石棉製品嚴重影響環境；④包裹法操作工藝性差，時間長，維修難。

經研究得知：纖維隔熱材料隔熱效果與纖維直徑和純度有關，其導熱係數隨纖維直徑減小及純度提高而降低，但由於受到2011年11月前生產工藝的限制，通過減小纖維直徑和提高純度來降低纖維隔熱材料的導熱係數尚有一定困難。另外考慮到高溫時熱輻射是傳熱的主要因素，纖維隔熱材料記憶體在的熱輻射，也嚴重影響了其對坦克、裝甲車輛發動機的高效隔熱作用。

發明內容

專利目的

《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》的目的在於提供一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，該製品具有優異的隔熱效果。

技術方案

《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》特徵在於：它是由纖維反射型複合隔熱材料和保護層製成的。

上述纖維反射型複合隔熱材料是由隔熱層和反射層交替疊放鋪層而成的，其中，隔熱層採用可有效抑制傳導熱的低導熱纖維隔熱材料，具體採用陶瓷纖維紙、芳綸纖維布等；反射層採用可有效抑制輻射熱的高反射率箔，具體採用鋁箔、鎳箔、鉭箔等；各層材料厚度均控制在0.01毫米～0.2毫米。

上述保護層包括包覆層和絲網，有時根據需要也還包括外殼。其中，包覆層採用耐高溫耐磨纖維布，具體採用如玻璃纖維布、高矽氧纖維布、聚四氟乙烯高溫布等，這些纖維布耐高溫耐磨，能對纖維反射型複合隔熱材料進行保護；絲網和外殼採用耐高溫金屬，具體採用如不繡鋼等材料製得，對整個柔性製品進行保護並增加隔熱製品的美觀性。

上述纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，是經如下所述的製備方法製得的：

（1）先對隔熱層、反射層和包覆層進行下料，再在預處理爐中完成對隔熱層和包覆層的預處理，以去除其中的低熔點物質和有害物質；

（2）按照反射層和隔熱層交替疊放鋪層的方式，對反射層和預處理後的隔熱層進行複合，實際套用中，進行複合的鋪層順序及厚度的要求，可由各需隔熱部件對隔熱效果的要求靈活選定；

（3）將經上述複合後得到的纖維反射型複合隔熱材料，根據具體使用情況及要求的尺寸或樣板進行整形、裁剪，例如，若所包覆的隔熱部件為異型件，則將材料放置在相應模型上進行整形、裁剪，之後再使用預處理後得到的包覆層進行包覆；

（4）再採用上述絲網將經包覆後的纖維反射型複合隔熱材料整個包裹，以對材料進一步保護，即製得纖維反射型柔性複合材料隔熱製品。

有時根據實際需要，可以將至少兩個上述製得的帶有絲網保護層的經包覆後的纖維反射型複合隔熱材料連線成整體，以滿足多種隔熱需求，或者還可對上述製品加裝外殼，該外殼採用模具成形或鈑金成形方式製得。

上述預處理，具體是這進行的：將芳綸纖維布，於溫度為200℃～300℃下，保溫10分鐘～20分鐘；將陶瓷纖維紙，於溫度為550℃～750℃下，保溫18分鐘～25分鐘；將玻璃纖維布，於溫度為650℃～750℃下，保溫15分鐘～25分鐘；將高矽氧纖維布，於溫度為900℃～1100℃下，保溫20分鐘～30分鐘；將聚四氟乙烯高溫布，於溫度為250℃～350℃下，保溫10分鐘～20分鐘。

有益效果

該纖維反射型柔性複合材料隔熱製品中，隔熱層作為熱阻隔層具有低熱導率，能有效地抑制傳導熱，反射層作為熱輻射反射層具有高反射率，能有效地抑制輻射熱，實現了同時抑制熱傳導和熱輻射的功能，並且通過控制合理的鋪層順序和厚度，在複合隔熱材料層內部形成微氣隙層，進一步抑制了對流傳熱，實現了對傳導、輻射和對流三種熱傳遞方式的有效抑制，具有高效隔熱作用，其隔熱性能大大優於2011年11月前常用的單一纖維隔熱材料。《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》中的纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，適用於90℃～1600℃高溫部件隔熱，其隔熱效果優異，例如：10毫米的隔熱層能將熱面800℃隔熱到冷麵190℃以下，800℃高溫下其導熱係數小於0.025瓦·米·度。此外，該製品具有超薄、柔性、整體式結構，拆裝、維修方便，且耐腐蝕，可在海洋氣候環境下長期使用，還能抗振動、防油浸、不粉化、脫落，可重複使用。截至2011年11月，該發明製品已在40餘個型號坦克裝甲車輛等武器裝備的發動機、車輛排氣管和動力艙的隔熱上得到了套用，較好地滿足了發動機排氣管、排煙管及其他部件的隔熱要求，產生了顯著的軍事和經濟效益，也為坦克、裝甲車輛等武器裝備人機環境的改善和表面紅外輻射特徵信號的降低作出了貢獻。

技術領域

《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》涉及一種功能性材料，尤其涉及一種複合隔熱材料，具體涉及一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品。

權利要求

1.《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》特徵在於：它是由纖維反射型複合隔熱材料和保護層製成的；所述纖維反射型複合隔熱材料是由隔熱層和反射層交替疊放鋪層而成的；其中，隔熱層具體採用陶瓷纖維紙、芳綸纖維布；反射層，具體採用鋁箔、鎳箔、鉭箔；其各層材料厚度均控制在0.01毫米~0.2毫米；所述保護層包括包覆層和絲網；其中，包覆層具體採用高矽氧纖維布、聚四氟乙烯高溫布；絲網具體採用不繡鋼絲網；所述纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，是經如下製備方法製得的：

（1）先對隔熱層、反射層和包覆層進行下料，再在預處理爐中完成對隔熱層和包覆層的預處理；

（2）按照反射層和隔熱層交替疊放鋪層的方式，對反射層和預處理後的隔熱層進行複合；

（3）將經所述複合後得到的纖維反射型複合隔熱材料，根據具體使用情況及要求的尺寸或樣板進行整形、裁剪，之後再使用預處理後得到的包覆層進行包覆；

（4）再採用所述不繡鋼絲網將經包覆後的纖維反射型複合隔熱材料整個包裹，即製得本纖維反射型柔性複合材料隔熱製品；

所述預處理，具體是這樣進行的：將芳綸纖維布，於溫度為200℃~300℃下，保溫10分鐘~20分鐘；將陶瓷纖維紙，於溫度為550℃~750℃下，保溫18分鐘~25分鐘；將高矽氧纖維布，於溫度為900℃~1100℃下，保溫20分鐘~30分鐘；將聚四氟乙烯高溫布，於溫度為250℃~350℃下，保溫10分鐘~20分鐘。

2.根據權利要求1所述的纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，其特徵在於：所述保護層還包括外殼；外殼採用不繡鋼經模具成形或鈑金成形方式製得。

實施方式

實施例1

《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》具體是作為坦克、裝甲車輛發動機渦輪箱隔熱件使用的，它是採用以包括芳綸纖維布作隔熱層、鋁箔作反射層和聚四氟乙烯高溫布作包覆層為原料製成的，各層材料厚度均控制在0.02毫米～0.18毫米；

具體來說，它是經下述製備方法製得的：

（1）先對芳綸纖維布、鋁箔和聚四氟乙烯高溫布進行下料，再在加熱爐中對芳綸纖維布和聚四氟乙烯高溫布進行預處理，該預處理是將芳綸纖維布於260℃下，保溫18分鐘，將聚四氟乙烯高溫布於320℃下，保溫12分鐘；

（2）按照鋁箔-芳綸纖維布-鋁箔-芳綸纖維布-鋁箔-芳綸纖維布的順序進行交替疊放鋪層的方式，對鋁箔和預處理後的芳綸纖維布進行複合，製備一系列厚度範圍的纖維反射型複合隔熱材料；

（3）將所得纖維反射型複合隔熱材料，放置在渦輪箱木模上進行整形、裁剪，之後再使用預處理後得到的聚四氟乙烯高溫布包覆；

（4）按照渦輪箱隔熱所需下料尺寸，選用不繡鋼絲網進行下料，製取作為絲網保護層的上層絲網和下層絲網，並將得到的上、下層絲網邊緣進行折邊，之後再將折邊後的上、下層絲網用固定式點焊機連線，並保留一端填裝經包覆後的纖維反射型複合隔熱材料，之後再用固定式點焊機連線保留的作為填裝進口的一端，即得到本纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，也即得到坦克、裝甲車輛發動機渦輪箱用隔熱件，之後將其固定於發動機渦輪箱上即可，其使用性能檢測數據將下表所述。

採用實施例1所述的方法，按照一定的厚度範圍分別製得一系列的所述坦克、裝甲車輛發動機渦輪箱用隔熱件，並對所得的隔熱件樣品進行隔熱性能檢測，得到下表所示的性能檢測數據：

表1、發動機渦輪箱隔熱件樣品的隔熱性能檢測數據

複合隔熱層厚度/毫米	隔熱層內表面溫度/℃
	60	100	200	300	400	500	550
	隔熱層外表面溫度小於/℃
5	40	50	70	90	110	120	126
9	35	45	60	70	80	90	98
13	-	-	-	60	70	80	86
30	-	-	-	50	60	70	77

註：上將隔熱性能檢測過程，是將隔熱件樣品固定在加熱設備上，熱面溫度由一根控溫熱電偶測得，冷麵一側靠近中間及邊緣處共採集三個點，然後分別設定不同的熱面加熱溫度，用熱電偶連續採集樣件熱、冷麵溫度，待熱面及冷麵的溫度達到平衡時，讀取此時三採集點的溫度，後將其三點溫度的平均值作為隔熱後冷麵的溫度。上邊中“-”表示根據實際套用，已無需再進行進一步的檢測。

實施例2

《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》具體是作為坦克、裝甲車輛發動機排氣管隔熱件使用的，它是採用以包括陶瓷纖維紙作隔熱層、鎳箔作反射層和玻璃纖維布作包覆層為原料製成的，各層材料厚度均控制在0.01毫米～0.16毫米；

具體來說，它是經下述製備方法製得的：

（1）先對陶瓷纖維紙、鎳箔和玻璃纖維布進行下料，再在加熱爐中對陶瓷纖維紙和玻璃纖維布進行預處理，該預處理是將陶瓷纖維紙於640℃下，保溫18分鐘，將玻璃纖維布於690℃下，保溫23分鐘；

（2）按照鎳箔-陶瓷纖維紙-鎳箔-陶瓷纖維紙-鎳箔-陶瓷纖維紙的順序進行交替疊放鋪層的方式，對鎳箔和預處理後的陶瓷纖維紙進行複合，製備一系列厚度範圍的纖維反射型複合隔熱材料；

（3）將纖維反射型複合隔熱材料，放置在排氣管木模上進行整形、裁剪，之後再使用預處理後得到的玻璃纖維布包覆；

（4）按照排氣管隔熱所需下料尺寸，選用不繡鋼絲網進行下料，製取作為絲網保護層的上層絲網和下層絲網，並將得到的上、下層絲網邊緣進行折邊，之後再將折邊後的上、下層絲網用固定式點焊機連線，並保留一端填裝經包覆後的纖維反射型複合隔熱材料，再用固定式點焊機連線保留的作為填裝進口的一端，之後再加裝不鏽鋼外殼，即得到本纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，再將其固定於發動機排氣管上即可，其中，不鏽鋼外殼是按以下步驟製得：按照發動機排氣管所需的尺寸，對不鏽鋼板進行下料，採用常規鈑金成形方式將不鏽鋼板成形，並按規定尺寸修剪、清除飛邊和毛刺，進而製得外殼。本實施例中的纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，其使用性能檢測數據將下表所述。

採用實施例2所述的方法，按照一定的厚度範圍分別製得一系列的發動機排氣管隔熱件樣品，並對所得的隔熱件樣品進行隔熱性能檢測，得到下表所示的性能檢測數據：

表2、發動機排氣管隔熱件樣品的隔熱性能檢測數據

複合隔熱層厚度/毫米	隔熱層內表面溫度/℃
	600	650	700	750	800	850
	隔熱層外表面溫度小於/℃
6	132	139	148	159	171	182
8	101	121	134	143	159	168
18	84	115	126	137	141	156
32	66	85	112	121	135	148
36	53	69	103	117	126	137

實施例3

《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》具體是作為坦克、裝甲車輛發動機排氣管隔熱件使用的，它是採用以包括陶瓷纖維紙作隔熱層、鉭箔作反射層和高矽氧纖維布作包覆層為原料製成的，各層材料厚度均控制在0.02毫米～0.2毫米；

具體來說，它是經下述製備方法製得的：

（1）先對陶瓷纖維紙、鉭箔和高矽氧纖維布進行下料，再在加熱爐中對陶瓷纖維紙和高矽氧纖維布進行預處理，該預處理是將陶瓷纖維紙於720℃下，保溫24分鐘，將高矽氧纖維布於1050℃下，保溫25分鐘；

（2）按照鉭箔-陶瓷纖維紙-鉭箔-陶瓷纖維紙-鉭箔-陶瓷纖維紙的順序進行交替疊放鋪層的方式，對鉭箔和預處理後的陶瓷纖維紙進行複合，製備一系列厚度範圍的纖維反射型複合隔熱材料；

（3）將所得纖維反射型複合隔熱材料，放置在排氣管木模上進行整形、裁剪，之後再使用預處理後得到的高矽氧纖維布包覆；

（4）按照排氣管隔熱所需下料尺寸，選用不繡鋼絲網進行下料，製取作為絲網保護層的上層絲網和下層絲網，並將得到的上、下層絲網邊緣進行折邊，之後再將折邊後的上、下層絲網用固定式點焊機連線，並保留一端填裝經包覆後的纖維反射型複合隔熱材料，再用固定式點焊機連線保留的作為填裝進口的一端，之後再用固定式電焊機將4個帶有絲網保護層的經包覆後的纖維反射型複合隔熱材料連線成整體，即得到本纖維反射型柔性複合材料隔熱製品，之後將其固定於發動機排氣管上即可。

採用實施例3所述的方法，按照一定的厚度範圍分別製得一系列的發動機排氣管隔熱件樣品，並對所得的隔熱件樣品進行隔熱性能檢測，得到下表所示的性能檢測數據：

表3、發動機排氣管隔熱件樣品的隔熱性能檢測數

複合隔熱層厚度/毫米	隔熱層內表面溫度/℃
	900	950	1000	1050	1100	51150	1200
	隔熱層外表面溫度小於/℃
5	195	210	221	232	247	254	263
9	173	189	201	214	232	245	251
16	162	175	188	203	219	234	240
30	153	164	175	192	207	219	226
35	141	152	163	181	195	202	213

榮譽表彰

2016年12月7日，《一種纖維反射型柔性複合材料隔熱製品》獲得第十八屆中國專利優秀獎。