一種火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層結(jié)構(gòu)。所述的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)由有機底層、耐火輕質(zhì)骨料和不定形耐火材料層組成，其中，所述耐火輕質(zhì)骨料一部分鑲嵌在有機底層中，一部分鑲嵌在不定形耐火材料層之中。有機底層由環(huán)氧樹脂、固化劑聚酰胺和增韌劑液態(tài)橡膠組成，不定形耐火材料層由莫來石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成。本實用新型所述耐高溫涂層結(jié)構(gòu)能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，金屬背面溫度不超過80℃，涂層具有良好的耐高溫燃?xì)饬鳑_刷性能和隔熱性能。
【專利說明】
一種火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，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，耐高溫涂層開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。除了飛行器本身的 熱防護(hù)外，國內(nèi)對地面設(shè)施如火箭發(fā)射臺也增加了熱防護(hù)措施。如果將火箭發(fā)射臺涂以耐 高溫涂層，可使金屬表面隔熱，減少熱燒蝕和熱沖擊，并防止火箭發(fā)射臺在多次熱沖擊載荷 作用下產(chǎn)生熱疲勞、熱龜裂和熱斷裂，從而確?；鸺l(fā)射臺工作的可靠性，延長火箭發(fā)射臺 的使用壽命。在國外，歐洲航天局位于南美圭亞那的阿里安火箭發(fā)射平臺為混凝土發(fā)射平 臺，這類由無機非金屬材料構(gòu)筑的發(fā)射臺抗燃?xì)獯祾邿g性能比有機燒蝕涂料好，但缺點 是厚度厚，重量重，并且發(fā)射臺無法進(jìn)行移動。
[0003] 利用專門的耐高溫涂層材料和結(jié)構(gòu)可以對火箭發(fā)射臺進(jìn)行熱防護(hù)，這種耐高溫涂 層不但起到了保護(hù)火箭發(fā)射臺的作用，還解決了全部由無機非金屬材料構(gòu)筑發(fā)射臺導(dǎo)致的 重量重、無法移動的問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是對地面設(shè)施火箭發(fā)射臺增加熱防護(hù)措施，提供 一種能夠承受火箭尾焰吹掃，金屬背溫不超過80°C的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)。
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0006] -種火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層結(jié)構(gòu)：于火箭發(fā)射臺基底表面依次設(shè)置有機底層、 耐火輕質(zhì)骨料和不定形耐火材料層，其中，所述耐火輕質(zhì)骨料一部分鑲嵌在有機底層中，一 部分鑲嵌在不定形耐火材料層之中，耐火輕質(zhì)骨料穿插在有機底層和不定形耐火材料層中 形成"釘扎"結(jié)構(gòu)。
[0007] 其中，按質(zhì)量比計，有機底層由環(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。
[0008] 所述的環(huán)氧樹脂為雙酚A縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、雙酚F環(huán)氧樹脂、雙酚S環(huán)氧樹 月旨、鹵代雙酚A型環(huán)氧樹脂、氫化雙酚A環(huán)氧樹脂、雙酸AD型環(huán)氧樹脂、羥甲基雙酚A環(huán)氧樹脂 中的一種或兩種以上，環(huán)氧值范圍0.2~0.6。
[0009] 所述的增韌劑液體橡膠為二烯類液體橡膠、鏈烯烴類液體橡膠、聚氨酯類液體橡 膠、液體硅橡膠、液體聚硫橡膠、液體氟橡膠中的一種或兩種以上，數(shù)均分子量為3000~ 6000 〇
[0010]耐火輕質(zhì)骨料耐火度不小于1200°C，Al2〇3含量為10%~55%，耐火輕質(zhì)骨料的目 數(shù)為6~35目。
[0011]在本實用新型中耐火輕質(zhì)骨料鑲嵌在有機底層和無機表層中間，可使得兩層的連 接更加緊密，同時，對耐火輕質(zhì)骨料的要求為能夠耐受高溫，由于骨料未暴露于表面，因此 對骨料的要求為可以耐受一定高溫即可，優(yōu)選耐火溫度為不小于1200 °C，同時，考慮到成本 的要求，耐火輕質(zhì)骨料優(yōu)選于頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖中的一種或兩種以上，但這 并不限制對耐火輕質(zhì)骨料的選擇。
[0012]不定形耐火材料層是由莫來石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成，其中，按質(zhì)量比 計，莫來石40~70%，堇青石5~25%，鋁酸鹽水泥10~30%，硅灰2~10% ;
[0013]按質(zhì)量比計，莫來石優(yōu)選為45~60%，堇青石優(yōu)選為15~25%，鋁酸鹽水泥優(yōu)選為 15~25%，硅灰優(yōu)選為2~8%。
[0014] 所述莫來石粒度為5~3mm和3~1_，堇青石粒度為0.5~1_。
[0015] 耐火輕質(zhì)骨料的質(zhì)量與有機底層的質(zhì)量比范圍為:1: (0.2~0.8)。
[0016]耐尚溫涂層的制備為：
[0017] 有機底層的制備:將環(huán)氧樹脂、固化劑聚酰胺、增韌劑液態(tài)橡膠混合后，涂覆在基 底表面上；
[0018] 耐火輕質(zhì)骨料中間層的制備:將耐火輕質(zhì)骨料均勻鋪撒粘貼在有機底層上；
[0019] 不定形耐火材料層的制備:首先將5~3mm和3~1mm的莫來石混合均勾，然后再將 混合后的莫來石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰混合，待混合均勻后，加水?dāng)嚢璧玫讲欢ㄐ文?火材料層混料，將不定形耐火材料層混料涂覆在耐火輕質(zhì)骨料之上。
[0020] 更優(yōu)的，不定形耐火材料層的制備:首先將5~3mm和3~1mm的莫來石按照質(zhì)量比 為1: (0.9~1.3)進(jìn)行混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照 質(zhì)量比（8~26): (1.2~12): (2.2~8): 1混合;待混合均勻后，加水?dāng)嚢?，加水質(zhì)量為不定形 耐火材料層配料質(zhì)量的12~15%。
[0021 ]有機底層厚度為2~6mm;不定形耐火材料層的厚度為6~24mm;耐高溫涂層有機底 層、耐火輕質(zhì)骨料和不定形耐火材料層總厚度為8~30mm。
[0022]所述火箭發(fā)射臺的基底為金屬基底，金屬基底包括鋼板。
[0023]本實用新型的有益效果為：
[0024]本實用新型所述的耐火輕質(zhì)骨料一部分鑲嵌在有機底層中，一部分鑲嵌在不定形 耐火材料層中，利用耐火輕質(zhì)骨料這種"釘扎"結(jié)構(gòu)，將有機底層和不定形耐火材料層更好 的結(jié)合在一起，增大了有機底層和不定形耐火材料層的粘結(jié)，在實際使用中，不定形耐火材 料層更加不易脫落。本實用新型在應(yīng)用時，將有機底層、耐火輕質(zhì)骨料和不定形耐火材料層 依次涂覆在火箭發(fā)射臺上，其中，所述耐火輕質(zhì)骨料一部分鑲嵌在有機底層中，一部分鑲嵌 在不定形耐火材料層之中。由于本實用新型不定形耐火材料層是由無機非金屬材料組成， 因此材料的耐火度高，強度大。當(dāng)火箭發(fā)射升空時，涂層受到燃?xì)饬鞯母邷匾约案咚俚臎_ 刷，不定形耐火材料層能夠耐燒蝕并且耐沖刷，因此起到了隔熱作用，保護(hù)了火箭發(fā)射臺。 本實用新型的耐高溫涂層附著力強，能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，金屬背面溫度不超過 80°C，耐高溫涂層具有良好的耐高溫燃?xì)饬鳑_刷性能和隔熱性能。由此可見，本實用新型的 結(jié)構(gòu)將大大減少金屬基體的熱燒蝕和熱沖擊，金屬的背溫將會大大降低，從而有效地對火 箭發(fā)射臺起到熱防護(hù)作用。
【附圖說明】
[0025]圖1為耐高溫涂層結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：1_鋼板2-有機底層3-耐火輕質(zhì)骨料4-不定 形耐火材料層。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合具體實施例和附圖來進(jìn)一步描述本實用新型，但是并不限制本實用新型 所要保護(hù)的范圍。
[0027] 實施例中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)。環(huán)氧樹脂： 型號為SM828，固化劑聚酰胺：型號為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。耐火輕質(zhì)骨 料:6~35目，生產(chǎn)廠家是淄博寶石窯爐材料有限公司。鋁酸鹽水泥:型號為Secar71，生產(chǎn)廠 家是凱諾斯（中國）錯酸鹽技術(shù)有限公司。莫來石:粒度為5~3mm和3~1mm，生產(chǎn)廠家是靖州 華鑫莫來石有限公司。堇青石:粒度為〇. 5~1_，生產(chǎn)廠家偃師市光明高科耐火材料制品有 限公司。硅灰:型號970，生產(chǎn)廠家是上海天愷硅粉材料有限公司。
[0028]實施例1耐高溫涂層的制備
[0029] 1.有機底層的制備: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比例混合后，涂覆在除銹、除漆后的190 X 120 X 5mm的鋼板上，涂覆厚度為2mm。
[0030] 2.耐火輕質(zhì)骨料中間層的制備:將6~35目的耐火輕質(zhì)骨料均勻鋪撒粘貼在有機 底層上，耐火輕質(zhì)骨料使用量與有機底層的質(zhì)量比為1:0.3。
[0031] 3.不定形耐火材料層的制備:首先將5~3mm和3~1mm的莫來石按照1:1的質(zhì)量比 例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照質(zhì)量比11:5:4:1混 合。待混合均勻后，加水?dāng)嚢?min，加水量為表層配料量的13% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。將表層材料涂 覆在耐火輕質(zhì)骨料之上，涂覆厚度為8mm，制備總厚度為10mm的耐高溫涂層。
[0032] 對金屬鋼板上耐高溫涂層隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗：
[0033]采用YA6804型氧氣煤油發(fā)動機對試樣進(jìn)行試驗件背面溫度的測試，試樣為金屬鋼 板一側(cè)涂有熱防護(hù)涂層材料，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗條件:發(fā)動機燃燒室壓力： Pc = 1.4 ±0.05MPa;發(fā)動機余氧系數(shù):a = 0.7 ±0.03;發(fā)動機噴□直徑：65mm;發(fā)動機燃料： 氧氣、煤油;燃?xì)饬鞒隹诹魉?2390m/s;燃?xì)饬鞒隹跍囟?2210K;燒蝕試驗時間：5s/件。試驗 條件為模擬火箭發(fā)射時的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有耐高溫涂層材料一側(cè)的金屬鋼板。 測試金屬鋼板的背面溫度。1〇_涂層厚的金屬件背面溫度測量結(jié)果如表1所示。從表中可以 看出，涂覆l〇mm涂層厚的試樣的背溫為77.6°C。試驗結(jié)果表明，本實用新型的熱防護(hù)涂層材 料與結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱性能，并且保護(hù)了金屬底材。
[0034] 表1 10_耐高溫涂層試樣的背面溫度測量結(jié)果
[0036]實施例2耐高溫涂層的制備
[0037] 1.有機底層的制備: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比例混合后，涂覆在除銹、除漆后的190 X 120 X 5mm的鋼板上，涂覆厚度為4mm。
[0038] 2.耐火輕質(zhì)骨料中間層的制備:將6~35目的耐火輕質(zhì)骨料均勻鋪撒粘貼在有機 底層上，耐火輕質(zhì)骨料使用量與有機底層的質(zhì)量比為1: 〇. 7。
[0039] 3.不定形耐火材料層的制備:首先將5~3mm和3~1mm的莫來石按照1:1的質(zhì)量比 例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照質(zhì)量比11:5:4:1混 合。待混合均勻后，加水?dāng)嚢?min，加水量為表層配料量的13% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。將表層材料涂 覆在耐火輕質(zhì)骨料之上，涂覆厚度為26mm，制備總厚度為30mm的耐高溫涂層。
[0040] 對金屬鋼板上耐高溫涂層隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗：
[0041] 采用YA6804型氧氣煤油發(fā)動機對試樣進(jìn)行試驗件背面溫度的測試，試樣為金屬鋼 板一側(cè)涂有耐高溫涂層材料，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗條件:發(fā)動機燃燒室壓力： Pc = 1.4 ±0.05MPa;發(fā)動機余氧系數(shù):a = 0.7 ±0.03;發(fā)動機噴□直徑：65mm;發(fā)動機燃料： 氧氣、煤油;燃?xì)饬鞒隹诹魉?2390m/s;燃?xì)饬鞒隹跍囟龋?210K;燒蝕試驗時間：10s/件。試 驗條件為模擬火箭發(fā)射時的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有耐高溫涂層材料一側(cè)的金屬鋼 板。測試金屬鋼板的背面溫度。30mm涂層厚的金屬件背面溫度測量結(jié)果如表2所示。從表中 可以看出，涂覆30mm涂層厚的試樣的背溫為64.2°C。試驗結(jié)果表明，本實用新型的耐高溫涂 層材料與結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱性能，并且保護(hù)了金屬底材。
[0042] 表2 30_耐高溫涂層試樣的背面溫度測量結(jié)果
[0045]實施例3耐高溫涂層的制備
[0046] 1.有機底層的制備:將環(huán)氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態(tài)橡膠按照8: 2.7:1比例混合后，涂覆在除銹、除漆后的190 X 120 X 5mm的鋼板上，涂覆厚度為3mm。
[0047] 2.耐火輕質(zhì)骨料中間層的制備:將6~35目的耐火輕質(zhì)骨料均勻鋪撒粘貼在有機 底層上，耐火輕質(zhì)骨料使用量與有機底層的質(zhì)量比為1:0.4。
[0048] 3.不定形耐火材料層的制備:首先將5~3mm和3~1mm的莫來石按照1:1的質(zhì)量比 例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照質(zhì)量比10:6:5:1混 合。待混合均勻后，加水?dāng)嚢?min，加水量為表層配料量的13.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。將表層材料 涂覆在耐火輕質(zhì)骨料之上，涂覆厚度為17mm，制備總厚度為20mm的耐高溫涂層。
[0049] 對金屬鋼板上耐高溫涂層隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗：
[0050] 采用YA6804型氧氣煤油發(fā)動機對試樣進(jìn)行試驗件背面溫度的測試，試樣為金屬鋼 板一側(cè)涂有熱防護(hù)涂層材料，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗條件:發(fā)動機燃燒室壓力： Pc = 1.4 ±0.05MPa;發(fā)動機余氧系數(shù):a = 0.7 ±0.03;發(fā)動機噴□直徑：65mm;發(fā)動機燃料： 氧氣、煤油;燃?xì)饬鞒隹诹魉?2390m/s;燃?xì)饬鞒隹跍囟龋?210K;燒蝕試驗時間：10s/件。試 驗條件為模擬火箭發(fā)射時的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有耐高溫涂層材料一側(cè)的金屬鋼 板。測試金屬鋼板的背面溫度。20mm涂層厚的金屬件背面溫度測量結(jié)果如表3所示。從表中 可以看出，涂覆20_涂層厚的試樣的背溫為76.8°C。試驗結(jié)果表明，本實用新型的熱防護(hù)涂 層材料與結(jié)構(gòu)具有良好的隔熱性能，并且保護(hù)了金屬底材。
[0051 ] 表3 20_耐高溫涂層試樣的背面溫度測量結(jié)果
【主權(quán)項】
1. 一種火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:于火箭發(fā)射臺基底表面依次設(shè)置 有機底層、耐火輕質(zhì)骨料和不定形耐火材料層，其中，所述耐火輕質(zhì)骨料一部分鑲嵌在有機 底層中，一部分鑲嵌在不定形耐火材料層之中。2. 按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:有機底層的厚度為2~6mm。3. 按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:不定形耐火材料層的厚度為6 ~24mm〇4. 按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:耐高溫涂層有機底層、耐火輕 質(zhì)骨料和不定形耐火材料層的總厚度為8~30_。5. 按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述火箭發(fā)射臺的基底為金屬 基底。
【文檔編號】B32B9/04GK205467620SQ201620122889
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月16日
【發(fā)明人】張巍, 馬磊, 王國鵬, 王曉東, 張濤
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所