【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空航天领域高性能热防护材料，具体涉及一种耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、热防护材料在航空航天领域扮演着不可或缺的角色，轻质高强的高性能有机热防护材料对飞行器的载荷轻量化、携带能力提升、飞行速度增加和航程延长等具有重要意义。伴随着航天航空技术的高水平发展，传统的热防护材料也因种种缺陷难以适配现在飞行器的热防护系统的性能需求，因此，研制具有轻质高强、耐高温特性的新型高性能有机热防护材料迫在眉睫。气凝胶是目前已知质量最轻、热导率最低的固体材料，并被誉为超级隔热材料，由于其优异的耐温隔热性能，在航空航天领域备受关注。以sio2为代表的无机气凝胶在诸多领域应用广泛，但其质脆易碎、热稳定性不足等缺陷限制了其在航空航天领域的实际应用。相比之下，有机聚合物气凝胶材料具有更好柔韧性能、力学性能和热稳定性，在航空航天领域表现出巨大的应用潜力，其中聚酰亚胺气凝胶因其综合性能优异和在航空航天领域应用表现优秀而备受关注。zhang等报道了一种可耐200℃的聚酰亚胺气凝胶材料，热分解温度达到504℃，其虽然具有不错的机械特性，但是制成的聚酰亚胺气凝胶的热稳定性不足，在150℃至-50℃环境循环后弹性模量降低了9％，同时其尺寸稳定性不足：在200℃、2400s条件下，收缩率达到9.7％以上[acs applied nano materials.2023,6,7269-7279]。zhang等报道了一种综合性能更优异的聚酰亚胺气凝胶，通过al2o3与聚酰亚胺气凝胶杂化，制备了一种耐高温聚酰亚胺气凝胶，其引入2,4
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有聚酰亚胺气凝胶材料难以与航空航天领域高性能有机热防护材料的性能需求匹配的技术问题，提供一种耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料及其制备方法和应用。本专利技术首创气凝胶和纤维预制体单向真空浸渍复合方法，保持超低常温常压热导率和低密度的同时，提高聚酰亚胺气凝胶的耐受温度并提升力学强度，使得制备出的耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料满足当下航空航天领域高性能热防护材料性能需求。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、在冰浴搅拌条件下，取二胺和二酐分别加入到有机溶剂中，搅拌20～50min，制得聚酰胺酸溶液；所述二胺和二酐的物质的量之比为1:1～1:1.4；
4、s2、向聚酰胺酸溶液中加入脱水剂，搅拌后加入金属氧化物有机前驱体或非金属氧化物有机前驱体，搅拌至均相，再分别加入催化剂和交联剂，不断搅拌至形成聚酰亚胺溶胶；
5、s3、将聚酰亚胺溶胶与事先备好的纤维预制体进行单向真空浸渍复合，聚酰亚胺溶胶需完全浸没事先备好的纤维预制体；再将其置于烘箱中升温老化，形成纤维预制体增强聚酰亚胺初态凝胶；
6、s4、将纤维预制体增强聚酰亚胺初态凝胶置于设定温度为45～90℃的水浴锅中使用有机溶剂进行溶剂置换，溶剂置换3～8次，每隔1～10h更换一次溶剂，得到纤维预制体增强聚酰亚胺终态凝胶；
7、s5、将纤维预制体增强聚酰亚胺终态凝胶进行co2超临界流体干燥，获得纤维预制体增强耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料。
8、优选地，所述s1中二胺为对苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基-2,2'-二甲基联苯、二异氰酸甲苯酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述二酐为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯酮四甲酸二酐、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐中的一种或几种的混合物；所述有机溶剂为二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、邻苯二甲酸二甲酯、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中一种或几种的混合物。
9、优选地，所述s2中脱水剂为乙酰氯、乙酸酐、丙酸酐、氯化亚砜中一种或几种的混合物；所述金属氧化物有机前驱体或非金属氧化物有机前驱体为zro2、三异丙氧基氯化钛、氯硅酸酯、al2o3、二乙基铝炔、b2o3、v2o5、cuo、乙二胺铜、醋酸铜、fe2o3中一种或几种的混合物；所述催化剂为三乙胺、甲基吡啶、吡啶中一种或几种的混合物；所述交联剂为八氨基苯基笼形倍半硅氧烷、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、三苯基甲烷三异氰酸酯、1,3,5-苯三甲酰氯、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯中一种或几种的混合物。
10、优选地，所述脱水剂、金属氧化物有机前驱体或非金属氧化物有机前驱体、催化剂、交联剂与二胺的物质的量之比为0.03～0.05：0.01～0.10：0.01～0.015：0.01～0.015：1。
11、优选地，所述s3中纤维预制体的纤维是碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、二氧化锆纤维、聚酰亚胺纤维、莫来石纤维、聚氨酯纤维、硅酸铝纤维、硼纤维中一种或几种的组合，所述纤维预制体体积密度为0.04～0.15g/cm3。
12、优选地，所述s3中升温老化为升温至20～50℃老化18h。
13、进一步优选，所述s4中有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中一种或几种的混合物。
14、进一步优选，所述s5中co2超临界流体干燥的压强为10～18mpa，温度为40～80℃，干燥时间6～18h，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中二胺为对苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基-2,2'-二甲基联苯、二异氰酸甲苯酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述二酐为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯酮四甲酸二酐、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐中的一种或几种的混合物；所述有机溶剂为二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、邻苯二甲酸二甲酯、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2中脱水剂为乙酰氯、乙酸酐、丙酸酐、氯化亚砜中一种或几种的混合物；所述金属氧化物有机前驱体或非金属氧化物有机前驱体为ZrO2、三异丙氧基氯化钛、氯硅酸酯、Al2O3、二乙基铝炔、B2O3、V2O5、CuO、乙二胺铜、醋酸铜、Fe2O3中一种或几种的混合物；所述催化剂为三乙胺、甲基吡啶、吡啶中一种或几种的混合物；所述交联剂为八氨基苯基笼形倍半硅氧烷、1,3,5-三(4-氨基苯基
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述脱水剂、金属氧化物有机前驱体或非金属氧化物有机前驱体、催化剂、交联剂与二胺的物质的量之比为0.03～0.05：0.01～0.10：0.01～0.015：0.01～0.015：1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S3中纤维预制体的纤维是碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、二氧化锆纤维、聚酰亚胺纤维、莫来石纤维、聚氨酯纤维、硅酸铝纤维、硼纤维中一种或几种的组合，所述纤维预制体体积密度为0.04～0.15g/cm3。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S3中升温老化为升温至20～50℃老化18h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S4中有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇中一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S5中CO2超临界流体干燥的压强为10～18MPa，温度为40～80℃，干燥时间6～18h，干燥完成后以100～240kPa/min的速度释放压力。
9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料。
10.如权利要求9所述的耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料在制备航空航天领域高性能热防护材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温聚酰亚胺气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中二胺为对苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基-2,2'-二甲基联苯、二异氰酸甲苯酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述二酐为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯酮四甲酸二酐、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐中的一种或几种的混合物；所述有机溶剂为二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、邻苯二甲酸二甲酯、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s2中脱水剂为乙酰氯、乙酸酐、丙酸酐、氯化亚砜中一种或几种的混合物；所述金属氧化物有机前驱体或非金属氧化物有机前驱体为zro2、三异丙氧基氯化钛、氯硅酸酯、al2o3、二乙基铝炔、b2o3、v2o5、cuo、乙二胺铜、醋酸铜、fe2o3中一种或几种的混合物；所述催化剂为三乙胺、甲基吡啶、吡啶中一种或几种的混合物；所述交联剂为八氨基苯基笼形倍半硅氧烷、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、三苯基甲烷三异氰酸酯、1,3,5-苯三甲酰氯、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯中一种或几种的混合物。
4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：张思钊，王明康，何志鹏，刘淳，丁凤，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：
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