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纳米纤维隔热板材料在航空航天领域的应用进展

航空航天用飞行器在飞行时需承受长时间气动加热,基体表面将产生高温,为了保证飞行器的主体结构及内部仪器设备的安全,须使用高效隔热材料阻止外部热流向内部扩散。同时,轻质高效的隔热防护系统对降低飞行器载荷、延长飞行距离等均具有重要的意义。目前,常用的隔热材料主要包括酚醛树脂、纳米颗粒气凝胶、纤维毡等(图1)。其中,酚醛树脂泡沫具有较低的体积密度和导热系数,体积密度为120mg/cm2的酚醛树脂泡沫的导热系数为0.057W/(m·K),但材料本体延伸率低、质脆、硬度大、不耐弯曲、在高温下易分解等缺陷限制了其应用领域的拓展;纳米颗粒气凝胶材料(主要为二氧化硅)具有极小的孔径、超高孔隙率和比表面积,赋予了材料极低的导热系数,然而纳米颗粒气凝胶脆性大、不可压缩,同时纳米颗粒在使用过程中易脱落且在高温下可发生融合,从而使材料结构稳定性和隔热性能下降,难以满足实际应用的需求。与前两者相比,纤维材料具有长径比大、孔隙率高、耐振动等优点,同时随着纤维直径从微米数量级下降至纳米数量级,材料的孔径将会显著下降,孔隙率将会大幅提高,从而使材料的隔热性能等显著提升。
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