一種金屬表面用熱防護(hù)涂層的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬表面的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種用于火箭發(fā)射臺(tái)表面涂覆的降低發(fā)射臺(tái)背溫的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，屬于耐高溫絕熱防護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天、宇航事業(yè)的發(fā)展，熱防護(hù)涂料開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。除了飛行器本身的熱防護(hù)外，國內(nèi)對(duì)地面設(shè)施如火箭發(fā)射臺(tái)也增加了熱防護(hù)措施。如果將發(fā)射臺(tái)涂以熱防護(hù)涂料，可使金屬表面隔熱，減少熱燒蝕和熱沖擊，并防止發(fā)射臺(tái)在多次熱沖擊載荷作用下產(chǎn)生熱疲勞、熱龜裂和熱斷裂，從而確保發(fā)射臺(tái)工作的可靠性，延長發(fā)射臺(tái)的使用壽命。在國夕卜，歐洲航天局位于南美圭亞那的阿里安火箭發(fā)射平臺(tái)為混凝土發(fā)射平臺(tái)，這類由無機(jī)非金屬材料構(gòu)筑的發(fā)射臺(tái)抗燃?xì)獯祾邿g性能比有機(jī)燒蝕涂料好，但缺點(diǎn)是厚度厚，重量重，并且發(fā)射臺(tái)無法進(jìn)行移動(dòng)。
[0003]利用專門的熱防護(hù)涂層材料和結(jié)構(gòu)可以對(duì)火箭發(fā)射臺(tái)進(jìn)行熱防護(hù)，但目前，有關(guān)對(duì)發(fā)射臺(tái)進(jìn)行熱防護(hù)的技術(shù)還未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是對(duì)地面設(shè)施火箭發(fā)射臺(tái)增加熱防護(hù)措施，提供一種能夠承受火箭尾焰吹掃，背溫不超過150°C的熱防護(hù)涂層的結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明熱防護(hù)涂料結(jié)構(gòu)，由兩層材料組成，底層是有機(jī)材料，表層是無機(jī)材料。
[0007]底層是由有機(jī)材料組成，環(huán)氧樹脂(質(zhì)量比，下同)65?80%，固化劑聚酰胺10?20%，增韌劑液態(tài)橡膠5?20%。底層材料的厚度為2?6mm。
[0008]表層是由無機(jī)材料組成，水玻璃20?40%，固化劑氟硅酸鈉2?10%，填料沙子15?30%，填料水泥5?15%，耐火骨料20?40%。表層材料的厚度為6?14mm。
[0009]本發(fā)明熱防護(hù)涂層有機(jī)底層和無機(jī)表層總厚度為8?20mm。
[0010]本發(fā)明所用到的原料都可以從市場購買得到，其規(guī)格符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。水泥:型號(hào)為425硅酸鹽水泥，生產(chǎn)廠家是鄭州登峰熔料有限公司。環(huán)氧樹脂:型號(hào)為SM828，固化劑聚酰胺:型號(hào)為650，生產(chǎn)廠家是無錫光明化工有限公司。增韌劑液態(tài)橡膠:型號(hào)為數(shù)均分子量4000，生產(chǎn)廠家是大連金州盛達(dá)橡塑制品有限公司。水玻璃:模數(shù)為3，生產(chǎn)廠家是浙江嘉善縣涇化化工廠。耐火骨料:粒徑為3-5mm，生產(chǎn)廠家是大連興鋼窯爐材料廠。
[0011]本發(fā)明的熱防護(hù)涂層材料能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，金屬背面溫度不超過150°C，涂層具有良好的隔熱性能。
[0012]本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，將有機(jī)底層和無機(jī)表層依次涂覆在火箭發(fā)射臺(tái)上。由于本發(fā)明表層材料具有流動(dòng)性，因此特別適用于火箭發(fā)射臺(tái)的平面結(jié)構(gòu)。當(dāng)火箭發(fā)射升空時(shí)，涂層受到燃?xì)饬鞯母邷匾约案咚俚臎_刷，涂層的表層材料由于是無機(jī)耐高溫材料，這種無機(jī)材料能夠耐燒蝕并且耐沖刷，因此起到了隔熱作用。
[0013]由此可見，經(jīng)過本發(fā)明將大大減少金屬基體的熱燒蝕和熱沖擊，金屬的背溫將會(huì)大大降低，從而有效地對(duì)火箭發(fā)射臺(tái)起到熱防護(hù)作用。
【附圖說明】
[0014]圖1:10mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時(shí)間的關(guān)系曲線；
[0015]圖2:15mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時(shí)間的關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖來進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。
[0017]實(shí)施例1熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)的制備
[0018]1.有機(jī)底層的制備:將環(huán)氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態(tài)橡膠按照7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在除銹后的190X 120X5mm的鋼板一側(cè)表面上，涂覆厚度為2mm ο
[0019]2.無機(jī)表層的制備:首先將填料沙子和水泥按照2:1的質(zhì)量比例混合均勻，再和耐火骨料一起添加到水玻璃(M=3)和固化劑氟硅酸鈉按照10:1質(zhì)量比例的混合液中，填料沙子和水泥:耐火骨料:水玻璃(含固化劑)質(zhì)量比=1:1:1。待有機(jī)底層未完全固化前，將表層材料涂覆在底層材料之上。在厚度為2mm的底層上涂覆厚度為8mm的表層，制備總厚度為1mm的熱防護(hù)涂層。
[0020]對(duì)金屬鋼板上熱防護(hù)涂料隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗(yàn):
[0021]采用YA6804型氧氣煤油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)件背面溫度的測試，試樣為金屬鋼板一側(cè)涂有熱防護(hù)涂料，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗(yàn)條件:發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力:Pc=L 4±0.05MPa ;發(fā)動(dòng)機(jī)余氧系數(shù):a =0.7±0.03 ;發(fā)動(dòng)機(jī)噴口直徑:65mm ;燒蝕試驗(yàn)時(shí)間:3s/件。試驗(yàn)條件為模擬火箭發(fā)射時(shí)的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有熱防護(hù)涂料一側(cè)的金屬鋼板。測試金屬不帶有涂層一側(cè)的溫度(背面溫度)。1mm涂層厚的金屬件背面溫度與燒蝕時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。從圖中可以看出，涂覆1mm涂層厚的試樣的背溫未超過100°C。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的涂層材料與結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱性能，并且保護(hù)了鋼板底材。
[0022]實(shí)施例2熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)的制備
[0023]1.有機(jī)底層的制備:將環(huán)氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態(tài)橡膠按照7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在除銹后的190X 120X5mm的鋼板一側(cè)表面上，涂覆厚度為4mm ο
[0024]2.有機(jī)-無機(jī)復(fù)合表層的制備:首先將填料沙子和水泥按照2:1的質(zhì)量比例混合均勻，再和耐火骨料一起添加到水玻璃(M=3)和固化劑氟硅酸鈉按照10:1質(zhì)量比例的混合液中，填料沙子和水泥:耐火骨料:水玻璃(含固化劑)質(zhì)量比=1:1:1。待有機(jī)底層未完全固化前，將表層材料涂覆在底層材料之上。在厚度為4mm的底層上涂覆厚度為Ilmm的表層，制備總厚度為15mm的熱防護(hù)涂層。
[0025]對(duì)金屬鋼板上熱防護(hù)涂層隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗(yàn):
[0026]采用YA6804型氧氣煤油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)件背面溫度的測試，試樣為金屬鋼板一側(cè)涂有熱防護(hù)涂層，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗(yàn)條件:發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力:Pc=L 4±0.05MPa ;發(fā)動(dòng)機(jī)余氧系數(shù):α =0.7±0.03 ;發(fā)動(dòng)機(jī)噴口直徑:65mm ;燒蝕試驗(yàn)時(shí)間:3s/件。試驗(yàn)條件為模擬火箭發(fā)射時(shí)的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有熱防護(hù)涂料一側(cè)的金屬鋼板。測試金屬不帶有涂層一側(cè)的溫度(背面溫度)。15mm涂層厚的金屬件背面溫度與燒蝕時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。從圖中可以看出，涂覆15mm涂層厚的試樣的背溫未超過100°C。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的涂層材料與結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱性能，并且保護(hù)了鋼板底材。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:于基底表面依次設(shè)置的有機(jī)底層和無機(jī)表層兩層材料組成。
2.按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:按質(zhì)量比計(jì)，有機(jī)底層由環(huán)氧樹脂65?80%、固化劑聚酰胺10?20%、增韌劑液態(tài)橡膠5?20%組成。
3.按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:按質(zhì)量比計(jì)，無機(jī)表層是由水玻璃、固化劑氟硅酸鈉、填料沙子和水泥、耐火骨料組成，其中，水玻璃20?40%，固化劑氟硅酸鈉2?10%，填料沙子15?30%，填料水泥5?15%，耐火骨料20?40%。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:有機(jī)底層厚度為2?6mm。
5.按照權(quán)利要求1或3所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:無機(jī)表層材料的厚度為6 ?14mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:熱防護(hù)涂料有機(jī)底層和無機(jī)表層總厚度為8?20mm。
7.按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述基底為金屬基底。
8.按照權(quán)利要求3所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述沙子為過35目篩后的篩下組份。
9.一種權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)所述的熱防護(hù)涂層結(jié)構(gòu)用于發(fā)射臺(tái)外表面上作為熱防護(hù)涂層，于發(fā)射臺(tái)外表面依次設(shè)有有機(jī)底層、無機(jī)表層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬表面用熱防護(hù)涂層材料的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。本發(fā)明熱防護(hù)涂層材料由有機(jī)底層和無機(jī)表層兩層材料組成。其中，有機(jī)底層由環(huán)氧樹脂、固化劑聚酰胺和增韌劑液態(tài)橡膠組成。無機(jī)表層由水玻璃、固化劑氟硅酸鈉、沙子、水泥和耐火骨料組成。本發(fā)明的熱防護(hù)涂層材料能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，金屬背面溫度不超過150℃，涂層具有良好的隔熱性能。
【IPC分類】B32B27-38, B32B15-092, B32B27-06
【公開號(hào)】CN104691065
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310665480
【發(fā)明人】馬磊, 張巍, 王國鵬, 臧紅, 張濤
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月6日