用于航空航天應用的可再利用的耐高溫紡織品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容涉及熱防護化合物、并入這種化合物的設備，以及制造它們的方法。更 具體地，本發(fā)明涉及基于織物的熱防護組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間交通工具一一諸如，例如航天飛機一一需要防護外部絕熱以便于離開和重返 地球大氣層。例如，在重返期間，為了有效，在同時經(jīng)歷超過大約1830°F的外部熱環(huán)境時， 外部隔離物必須維持交通工具的外部結(jié)構(gòu)溫度在大約350°F以下。另外，相同的外部熱防 護必須隔離交通工具，包括使外部結(jié)構(gòu)與外部空間中發(fā)現(xiàn)的嚴寒（如低于大約-100°F的 溫度）隔離。更進一步，外部熱防護元件必須經(jīng)受與發(fā)射振動、聲學、著陸沖擊以及暴露于 輻射相關(guān)的機械應力。
[0003] 先前，輕質(zhì)陶瓷最先進的絕熱瓦在它們的用途方面限于在氧化環(huán)境中大約 2375°F的溫度。如果溫度超過2375°F，必須使用致密的陶瓷材料。然而，更致密的材料 增加顯著的、不期望的重量。美國專利號6,225,248( '248專利）公開了包括碳、硅和氧 的輕質(zhì)、高溫陶瓷隔離物，當暴露于大約3100°F的溫度時，其能夠保持它的形狀和強度。 '248專利進一步公開了通過使基底與源自二-和三-官能硅烷的反應的反應產(chǎn)物結(jié)合以形 成凝膠，隨后在惰性環(huán)境中加熱或熱解凝膠與碳基底以形成高溫、輕質(zhì)陶瓷隔離物，制造改 良的隔離物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 公開了具有涂層以在高溫下提供氧化防護、能夠形成為各種紡織品部件的高溫織 物以及它們的制造方法。優(yōu)選地，這些部件可以應用于航空航天交通工具的外部或內(nèi)部，優(yōu) 選地作為紡織物部件，例如以保護敏感區(qū)域不受高溫氣體或等離子體的影響。紡織品部件 被理解為如此部件，諸如，例如空隙填料、密封物等，用于物體，諸如，例如在重返進入例如 地球大氣層時經(jīng)受極端溫度的航天飛船。
[0005] 根據(jù)本公開內(nèi)容制造的紡織品部件在高達至少大約2800°F的溫度下穩(wěn)定，并且 至高達大約3100°F的溫度僅僅展現(xiàn)適度的故障特性（將紡織品的有用壽命限制或潛在限 制于單次用途），以及包括作為優(yōu)選地可再利用的空隙填料的用途。
[0006] 根據(jù)本文公開的一個優(yōu)選程序，本文公開的高溫織物是使用液體硅烷化學品的混 合物處理碳織物的產(chǎn)物。這產(chǎn)生與碳織物緊密接觸的凝膠。然后與織物一起原位干燥凝膠。 在無氧氣氛中熱解織物以使得干凝膠中的二氧化硅將織物中的碳轉(zhuǎn)化為碳氧化硅材料。然 后根據(jù)應用重復該過程。根據(jù)一個可選方案，最終步驟為使用低堿性膠態(tài)二氧化硅溶液涂 布碳氧化硅織物作為氧化防護。
[0007] 在一個可選方案中，本公開內(nèi)容涉及制造絕熱材料的方法，該方法包括以下步驟： 提供具有第一和第二側(cè)面的不含氧化物的基礎織物和提供涂層至基礎織物。基礎織物優(yōu)選 地包括碳化硅。涂布基礎織物的第一和第二側(cè)面，隨后干燥涂布的基礎織物。
[0008] 在另一個變化中，基礎織物包括含氧化鋁的含氧化物材料，并且涂層優(yōu)選地包括 含氧化錯耐火材料、去離子水和相容的發(fā)射劑（emittanceagent)。
[0009] 在再另一個可選方案中，基礎織物包括含氧化鋁的含氧化物材料，并且涂層優(yōu)選 地包括膠態(tài)氧化鋁、氧化鋁粉末和相容的發(fā)射劑。
[0010] 在又另一個可選方案中，基礎織物為含碳化硅的不含氧化物的材料，并且涂層優(yōu) 選地包括膠態(tài)二氧化硅。
[0011] 在再另一個變化中，基礎織物包括含碳化硅的不含氧化物的材料，并且涂層優(yōu)選 地包括未熱解的碳化硅預陶瓷的聚合物樹脂和碳化硅粉末。
[0012] 根據(jù)又另一個變化，本公開內(nèi)容涉及制造絕熱材料的方法，該方法包括以下步驟： 提供具有第一和第二側(cè)面的包括含碳材料的不含氧化物的基礎織物，和提供含硅凝膠涂層 至基礎織物，使得涂層浸潤基礎織物。然后在惰性環(huán)境中干燥和熱解織物以使含碳材料轉(zhuǎn) 化為硅-氧-碳材料。根據(jù)另一個變化，用基于低堿性的涂層涂布熱解的基礎織物，該基 于低堿性的涂層選自膠態(tài)氧化鋁、膠態(tài)二氧化硅、氧化鋯以及它們的組合。去離子硅溶膠 (Ludox)是一種特別優(yōu)選的膠態(tài)二氧化娃。
[0013] 本公開內(nèi)容的含硅烷凝膠涂層組合物一一與上面剛剛提出的變化一起使用一一 優(yōu)選地包括二-和三官能的醇鹽反應物，其具有通式：
[0014] (R' 0)3-Si-R和（R〃，0)2-Si-R"，R。，其中R、R'、R"、R"，和R?相同 或不同，并且代表1-12個碳的烴基；條件是R"'或1?°為氫原子，R'和R"為烷基，并且R、 R"'或1?°為1-12個碳的烷基、芳基或取代的芳基。優(yōu)選地，烴基為包括碳和氫的自由基， 其選自直鏈基、支鏈基、飽和基、不飽和基以及它們的組合，并且烴基包括具有從1-12個碳 原子的基團，并且其中烴基團中的至少一個包含至少兩個碳原子，并且R"'或妒為氫。
[0015] 在另個變化中，含硅烷組合物選自烷基二氧代硅烷、烷基^烷氧基硅烷和它們 的組合，條件是二烷氧基硅烷中的R"'或1?°基團為氫。更優(yōu)選地，含硅烷組合物選自 甲基三甲氧基硅烷CH3Si(0CH3)3、乙基三甲氧基硅烷CH2H5Si(0CH3)3、甲基三乙氧基硅烷 CH3Si(0C2H5)3> (CH3)Si (CH3)Si(0CH3)2,Z.S 二乙氧基硅烷（C2H5)Si(0C2H5)2、乙基二丁氧基硅烷（C2H5)Si(0C4H9)2、乙烯基二乙氧基硅烷 (CH2:CH)Si(0C2H5) 2、苯基二甲氧基硅烷（C6H5)Si(0CH3) 2和它們以任意比的組合，條件是二 烷氧基硅烷中R"'或1?°基團為氫。
[0016] 本公開內(nèi)容又進一步涉及絕熱織物，其包括用硅氧烷凝膠處理的高溫織物，所述 硅氧烷凝膠包括式SiaCb0。，其中a=l、b= 0. 2至1. 5以及c= 1至3。優(yōu)選地，耐高溫織 物為不含氧化物的材料，諸如含碳材料。
[0017] 在一個優(yōu)選的變化中，含高溫織物包括氧化鋁，并且涂層包括氧化鋯耐火材料、去 尚子水和相容的發(fā)射劑。
[0018] 在另一個變化中，含高溫織物包括氧化鋁，并且涂層包括膠態(tài)氧化鋁、氧化鋁粉末 和相容的發(fā)射劑。
[0019] 在再另一個可選方案中，含高溫織物包括碳化硅，并且涂層包括膠態(tài)二氧化硅。又 進一步，本公開內(nèi)容考慮如此變化，其中不含氧化物的織物包括碳化硅，并且涂層包括未熱 解的碳化硅預陶瓷的聚合物樹脂和碳化硅粉末。
[0020] 在一個優(yōu)選的變化中，本公開內(nèi)容進一步考慮用包括硅氧烷凝膠的材料涂布隔離 織物，其中硅氧烷凝膠由含硅烷組合物制成，該組合物包括二-和三官能的醇鹽反應物，其 具有通式：
[0021] (R' 0)3-Si-R和（R〃，0)2-Si-R"，R。，其中R、R'、R"、R"，和R〇相同 或不同，并且代表1-12個碳的烴基；條件是R"'或1?°為氫原子，R'和R"為烷基，并且R、 R"'或1?°為1-12個碳的烷基、芳基或取代芳基。烴基優(yōu)選地為包括碳和氫的自由基，并 且其選自直鏈基、支鏈基、飽和基、不飽和基以及它們的組合，并且包括具有從1-12個碳原 子的基團，并且其中烴基團中的至少一個包含至少兩個碳原子，以及R"'或妒為氫。
[0022] 又進一步，本公開內(nèi)容考慮含硅烷組合物選自烷基二氧代硅烷、烷基^烷氧基娃 烷和它們的組合，條件是二烷氧基硅烷中R"'或R°S團為氫，以及含硅烷組合物選自 甲基三甲氧基硅烷CH3Si(OCH3)3、乙基三甲氧基硅烷CH2H5Si(OCH3)3、甲基三乙氧基硅烷 CH3Si(OC2H5)3> (CH3)Si (CH3)Si(OCH3)2,Z.S 二乙氧基硅烷（C2H5)Si(OC2H5)2、乙基二丁氧基硅烷（C2H5)Si(OC4H9)2、乙烯基二乙氧基硅烷 (CH2:CH)Si(OC2H5) 2、苯基二甲氧基硅烷（C6H5)Si(OCH3) 2和它們以任意比的組合，條件是二 烷氧基硅烷中R"'或1?°基團為氫。
[0023] 根據(jù)再另一個可選方案，本公開內(nèi)容涉及隔離織物，其中硅氧烷凝膠包括：
[0024] a)具有式（R〃 0)2 -Si-R'hR°的至少一種二烷氧基硅燒，其中R"為具有1-12 個碳的烷基，并且R"'或1?°為具有1至12個碳的烴基，并且R"'或1?°為氫；和
[0025]b)具有式（R' 0)3-Si-R的至少一種三烷氧基硅燒，其中W為1至12個碳的 烷基，以及R與R'相同或不