一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層及其制備方法，該防護(hù)涂層為功能涂層，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，該涂層能夠用于飛行器表面，阻止高溫?zé)崃鲗?duì)基體材料的直接損害，降低基材表面溫度。
【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器(高超聲速導(dǎo)彈、可重復(fù)使用運(yùn)載器)已成為航空航天和武器系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，也是各主要軍事大國(guó)正努力搶占的戰(zhàn)略技術(shù)制高點(diǎn)。然而，隨著飛行器飛行速度的提高，新的技術(shù)難題又?jǐn)[在人們的面前。例如:超聲速導(dǎo)彈再入大氣層速度達(dá)到8馬赫時(shí)，表面駐點(diǎn)溫度就將超過(guò)2000°C，若高溫對(duì)彈頭產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)g，將會(huì)影響其升阻比，降低導(dǎo)彈的打擊精度。因此，需在飛行器表面制備一種耐高溫涂層，利用耐高溫?zé)g涂層隔離熱流和氧氣，盡可能降低基體復(fù)合材料溫度，從而減緩或阻止復(fù)合材料的燒蝕，保證其在高溫下具有滿(mǎn)足應(yīng)用要求的力學(xué)性能。
[0003]燒蝕防熱是目前飛行器(導(dǎo)彈、載人飛船、航天飛機(jī))再入大氣層防熱技術(shù)中較為常用的一種，其原理是利用材料升溫過(guò)程要吸收熱量，特別是發(fā)生反應(yīng)和相變(熔化、汽化)時(shí)要吸收大量的熱，并且在燃燒蒸發(fā)后產(chǎn)生大量氣體向外溢出時(shí)會(huì)帶走大量熱量，從而阻止熱量向內(nèi)傳遞。炭化型燒蝕涂層的特點(diǎn)是低溫?zé)峤鈳ё叽罅康臒?，高溫通過(guò)輻射和隔熱進(jìn)行防熱，目前，酚醛樹(shù)脂應(yīng)用較為廣泛；熔化型或升華型燒蝕涂層是利用燒蝕材料在其熔點(diǎn)和沸點(diǎn)吸收潛熱來(lái)降低基體表面溫度。但是酚醛樹(shù)脂脆性大、吸水率大、成型收縮率高，針對(duì)這些缺點(diǎn)目前人們通過(guò)改性酚醛樹(shù)脂，如硼改性酚醛樹(shù)脂、鉬改性酚醛樹(shù)脂、含酰亞胺型改性酚醛樹(shù)脂、芳烷基醚改性酚醛樹(shù)脂等，來(lái)得到一系列高性能酚醛樹(shù)脂。但這些改性酚醛樹(shù)脂也存在脆性大導(dǎo)致性能不好的問(wèn)題。同時(shí)現(xiàn)有涂層大多針對(duì)1000°C左右的熱環(huán)境，普通的防熱涂料難以滿(mǎn)足高溫(2000°C )熱環(huán)境的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要針對(duì)飛行器表面高溫(2000°C )短時(shí)(50-300S)熱防護(hù)和現(xiàn)有技術(shù)中酚醛涂層高溫開(kāi)裂的技術(shù)問(wèn)題，提出一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層，該涂層使用酚醛樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，以短切高硅氧纖維或黏膠碳纖維為增強(qiáng)纖維，酚醛小球、軟木粉為燒蝕隔熱材料；酚醛樹(shù)脂為鋇酚醛樹(shù)脂、硼酚醛樹(shù)脂、氨酚醛中的一種或兩種以上的混合物；
[0006]短切高硅氧纖維的長(zhǎng)度為20-80mm，以提高涂層強(qiáng)度，降低受熱過(guò)程中涂層自身的內(nèi)應(yīng)力，防止涂層開(kāi)裂；
[0007]酚醛小球密度為0.1- 03g/cm3；
[0008]該涂層可以使用刷涂、噴涂、模壓等工藝制備；
[0009]以酚醛樹(shù)脂的總質(zhì)量為100份計(jì)算，各組分的組成及含量如下:
[0010]酚醛樹(shù)脂100份；
[0011]填料50-200 份；
[0012]所述的填料為短切高硅氧纖維、黏膠碳纖維、酚醛小球、軟木粉中的一種或兩種以上的混合物；
[0013]上述的涂層還可以包括環(huán)氧E51樹(shù)脂，同時(shí)以聚酰胺作為環(huán)氧E51樹(shù)脂的固化劑；以酚醛樹(shù)脂的總質(zhì)量為100份計(jì)算，各組分的組成及含量如下:
[0014]酚醛樹(shù)脂 100份；
[0015]填料200-500 份；
[0016]環(huán)氧E51樹(shù)脂5-130份；
[0017]環(huán)氧E51樹(shù)脂與聚酰胺的質(zhì)量比為10: (1-5)。
[0018]所述的填料為短切高硅氧纖維、黏膠碳纖維、酚醛小球、軟木粉中的一種或兩種以上的混合物；
[0019]本發(fā)明的一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層的制備方法，采用機(jī)械分散的方法將酚醛樹(shù)脂和填料混合均勻后放入成型模具中進(jìn)行模壓成型，成型溫度為150-180°C，成型壓力為
0.1MPa 以上。
[0020]本發(fā)明的一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層的制備方法，采用機(jī)械分散的方法將酚醛樹(shù)脂、填料、環(huán)氧E51樹(shù)脂以及聚酰胺混合均勻后放入成型模具中進(jìn)行模壓成型，成型溫度為150-180°C，成型壓力為0.1MPa以上。
[0021]本發(fā)明的一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層的制備方法，采用機(jī)械分散的方法將酚醛樹(shù)脂和填料混合均勻后加入稀釋劑，進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后得到涂料，然后將涂料噴涂在基材表面，室溫放置24h后，然后升溫至150-180°C固化2-10h。
[0022]所述的稀釋劑為丙酮；
[0023]所述的稀釋劑的加入量根據(jù)得到的涂料粘度確定，用涂-4杯粘度測(cè)定儀測(cè)定粘度為 10-30s ;
[0024]本發(fā)明的一種短時(shí)抗高溫?zé)g防護(hù)涂層的制備方法，采用機(jī)械分散的方法將酚醛樹(shù)脂、填料、環(huán)氧E51樹(shù)脂以及聚酰胺混合均勻后加入稀釋劑，進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后得到涂料，然后將涂料噴涂在基材表面，室溫放置24h后，然后升溫至150-180°C固化2-10h。
[0025]所述的稀釋劑為丙酮；
[0026]所述的稀釋劑的加入量根據(jù)得到的涂料粘度確定，用涂-4杯粘度測(cè)定儀測(cè)定粘度為 10-30so
[0027]所述的機(jī)械分散為三輥研磨或高速剪切分散；當(dāng)機(jī)械分散為三輥研磨時(shí)，三輥磨輥距為0.5-2mm，分散遍數(shù)為5_20 ;當(dāng)機(jī)械分散為高速剪切分散時(shí)，高速分散速度為200-2000 轉(zhuǎn) /min，分散時(shí)間為 20_200min。
[0028]有益效果
[0029]本發(fā)明制備的涂層可用于飛行器表面，阻止高溫?zé)崃鲗?duì)基體材料的直接損害，降低基材表面溫度，具有短時(shí)耐高溫?zé)g效果好、制備工藝簡(jiǎn)單、適于大面積和在復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面使用的優(yōu)點(diǎn)。該涂層可在2000°C下可以短時(shí)間(50-300S)使用，涂層不脫落、不開(kāi)裂。例如7mm厚度涂層應(yīng)用于碳/碳基材表面，用2000°C等離子火焰燒蝕100s，涂層未完全燒蝕，基材溫度< 500 °C。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為實(shí)施例1涂層用2000°C等離子火焰燒蝕10s過(guò)程中基材溫度變化情況。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例1
[0032]I)使用高速剪切分散設(shè)備將10g鋇酚醛樹(shù)脂、10g高硅氧纖維、25g酚醛小球按順序添加并混合均勻；
[0033]2)模壓涂層制備:取10g放入到碳/碳基材表面的平板鋼質(zhì)模具的空腔中，平板鋼質(zhì)模具的尺寸為100_X 1CtamX 5_ ；
[0034]3)將碳/碳基材連同模具放置在平板壓機(jī)中I噸壓力壓制為平板，室溫放置24h后，在平板壓機(jī)中160°C、1噸壓力固化5h，得到帶有涂層的碳/碳基材。
[0035]將得到的帶有涂層的碳/碳基材進(jìn)行熱