探索Blueshift革命性聚酰亚胺气凝胶材料

■ 信息来源：Blueshift、东华经纬新材料研究院

今年1月，美国公司Blueshift被电动航空全球领军企业Lilium公司选定作为其首次批量生产的电动垂直起降（eVTOL）飞机的热防护系统（TPS）的官方供应商。Blueshift将提供其革命性的AeroZero®TPS，与Lilium的电池设计相适应，以防止烧穿并降低热失控传播的风险。

据悉，Blueshift公司所有产品都集成了公司的核心聚酰亚胺气凝胶技术：AeroZero®。

Blueshift公司位于美国马萨诸塞州斯宾塞市，作为一家专注于深度技术的材料科学企业，Blueshift自2013年成立以来，一直致力于开发前沿产品。到了2020年，公司推出了其首款商业产品——一系列基于气凝胶AeroZero®的热保护系统（TPS），AeroZero®气凝胶由85%的空气和15%的纯净聚酰亚胺构成。这些TPS产品能够根据不同的热负荷事件，如空气加热、直接火焰加热或接触加热，进行个性化定制。得益于其高孔隙性，这种材料显著降低了热能的传递速度，有效防止热量穿透到底层的复合结构中。产品轻薄的特性（从0.19mm的厚度开始）不仅便于实际应用，还为添加额外的功能层（例如石墨和包括铝在内的多种金属层）提供了空间。Blueshift的AeroZero品牌TPS产品系列，适用于包括碳纤维复合材料在内的多种表面，已经在火箭技术、电池、排气系统和电子设备等多个领域证明了其卓越的性能和有效性。

AeroZero®用于动力电池

Blueshift公司总裁Tim Burbey解释道：“许多人可能已经对二氧化硅气凝胶有所了解，但我们的产品与之截然不同。二氧化硅气凝胶虽然轻质，却缺乏足够的机械强度，不适合用于高振动环境。相比之下，我们的聚酰亚胺气凝胶在热保护系统（TPS）中的核心优势在于其能够与额外的基材结合——我们能够添加石墨、铝等层或其他材料，创造出具有强大功能性的复合产品。”这种创新的结合不仅提升了材料的适用性，也拓宽了其在各种工业应用中的潜力。

因此，Blueshift公司开发的热保护系统（TPS）能够替代那些陈旧的“vintage Apollo”时代的材料解决方案，显著提升航天器设计的效率与安全性。例如，Blueshift已经成功扩展了标准的185°C限值的环氧树脂和碳纤维复合材料的耐温范围，其工程设计的系统能够承受现代航空航天应用中从-200°C至超过2400°C的极端瞬态热负荷。这一技术突破不仅增强了材料的耐用性，也确保了在面对剧烈温度变化时的可靠性和稳定性。

Burbey说：“不论热能的来源如何，我们的材料均能有效阻挡热/冷流的传递。我们的空气与聚酰亚胺结合形成的气凝胶骨架结构不仅减缓了热能的传入速度，还显著降低了热能的渗透率，即具有低热扩散性。这种结构同样导致了低热导率，也就是说，要改变材料的温度，需要更多的能量输入。” 他继续说道，“这些特性的结合，使我们的产品在应对瞬态热事件时表现出色。事实上，热传递的速度越快，面临的温度机制越极端，我们产品的效果就越显著。我们可以定制我们的产品，专门解决传导传热问题——传导传热往往会导致局部热点的形成——以及对流传热问题。对于辐射能，我们能够集成反射性顶层材料，例如具有高反射性的聚酰亚胺（VDA），进一步提升产品的热防护性能。”

Blueshift公司通过巧妙地组合材料和层叠技术来定制其热保护系统（TPS）产品，以满足多样化的应用需求。“我们的核心技术被命名为'AeroZero'，”Burbey解释道。“我们的产品系列中包括了这项技术的多层叠加版本，例如我们的TripleZero，这是一个三层叠加的产品，总厚度约为20密耳（0.5毫米）。在构建这些层叠结构时，Blueshift采用了我们独有的高温粘合剂。”他还提到，“我们能够根据特定需求定制AeroZero产品，比如在我们的AeroZero-TPS石墨版本中，在顶层添加了石墨层，它作为一种高效的散热器。”石墨层在XY平面上提供卓越的散热性能，而AeroZero层则显著减缓了沿Z轴方向的热量渗透，这种结构设计确保了在极端热环境下的卓越保护效果。

“我们拥有多种超级材料的选择，这使我们能够提供所需的热保护，同时满足其他关键性能要求，”他继续说道，“我们的标准商业产品能够提供宽度达到12英寸（305毫米）的卷筒装材料，但我们正计划扩展到更宽的规格。此外，我们还可以根据需要将材料精确切割成4毫米甚至更窄的宽度，以适应各种精细的应用场景。这种灵活性确保我们的产品能够满足客户多样化的需求。”

“这些材料实际上是即剥即贴型的，”Burbey解释说。他进一步指出，Blueshift的TPS几乎可以应用于任何基材，只要这些基材经过适当的预处理，能够提供干净且光滑的表面。而且，胶粘剂的永久粘接强度通常在应用后的24小时以上就能达到，确保了材料的长期稳定性和可靠性。材料的即剥即贴特性极大地简化并加快了TPS的实际应用流程，同时，材料的柔韧性和纤薄度也为工程师们提供了更大的设计灵活性。

Burbey强调，Blueshift公司生产自己的聚酰亚胺，这一举措是为了满足特定的技术需求。“我们的生产工艺是垂直整合的，从树脂合成、气凝胶制备到粘合剂开发，再到层压和最终的零件切割，整个流程都是我们自己控制的。”他解释道。对于Blueshift而言，制造零件不仅仅是将TPS切割以适应复杂的结构，尽管材料是以连续的卷对卷方式生产的，但大多数客户选择购买切割好的零件。“我们能够提供复杂形状和定制设计，”Burbey提到，并以月球着陆器的独特部件为例。“客户通常会提供所需的形状和尺寸，我们使用配备有多种刀片的大型自动切割台来精确切割TPS。此外，我们也有一些项目，我们会直接在客户现场应用我们的TPS，然后将成品运回给他们。”这种服务不仅展示了Blueshift在材料制造上的灵活性，也体现了其在客户服务上的个性化和专业性。

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