一種金屬表面用熱防護涂層的結構及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬表面的熱防護涂層結構，尤其是涉及一種用于火箭發射臺表面涂覆的降低發射臺背溫的熱防護涂層結構及其應用，屬于耐高溫絕熱防護領域。
【背景技術】
[0002]隨著航天、宇航事業的發展，熱防護涂料開拓了新的應用領域。除了飛行器本身的熱防護外，國內對地面設施如火箭發射臺也增加了熱防護措施。如果將發射臺涂以熱防護涂料，可使金屬表面隔熱，減少熱燒蝕和熱沖擊，并防止發射臺在多次熱沖擊載荷作用下產生熱疲勞、熱龜裂和熱斷裂，從而確保發射臺工作的可靠性，延長發射臺的使用壽命。在國夕卜，歐洲航天局位于南美圭亞那的阿里安火箭發射平臺為混凝土發射平臺，這類由無機非金屬材料構筑的發射臺抗燃氣吹掃燒蝕性能比有機燒蝕涂料好，但缺點是厚度厚，重量重，并且發射臺無法進行移動。
[0003]利用專門的熱防護涂層材料和結構可以對火箭發射臺進行熱防護，但目前，有關對發射臺進行熱防護的技術還未見相關報道。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是對地面設施火箭發射臺增加熱防護措施，提供一種能夠承受火箭尾焰吹掃，背溫不超過150°C的熱防護涂層的結構。
[0005]本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的:
[0006]本發明熱防護涂料結構，由兩層材料組成，底層是有機材料，表層是無機材料。
[0007]底層是由有機材料組成，環氧樹脂(質量比，下同)65?80%，固化劑聚酰胺10?20%，增韌劑液態橡膠5?20%。底層材料的厚度為2?6mm。
[0008]表層是由無機材料組成，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]本發明熱防護涂層有機底層和無機表層總厚度為8?20mm。
[0010]本發明所用到的原料都可以從市場購買得到，其規格符合行業標準。水泥:型號為425硅酸鹽水泥，生產廠家是鄭州登峰熔料有限公司。環氧樹脂:型號為SM828，固化劑聚酰胺:型號為650，生產廠家是無錫光明化工有限公司。增韌劑液態橡膠:型號為數均分子量4000，生產廠家是大連金州盛達橡塑制品有限公司。水玻璃:模數為3，生產廠家是浙江嘉善縣涇化化工廠。耐火骨料:粒徑為3-5mm，生產廠家是大連興鋼窯爐材料廠。
[0011]本發明的熱防護涂層材料能夠承受火箭模擬燃氣流沖刷，金屬背面溫度不超過150°C，涂層具有良好的隔熱性能。
[0012]本發明應用時，將有機底層和無機表層依次涂覆在火箭發射臺上。由于本發明表層材料具有流動性，因此特別適用于火箭發射臺的平面結構。當火箭發射升空時，涂層受到燃氣流的高溫以及高速的沖刷，涂層的表層材料由于是無機耐高溫材料，這種無機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，經過本發明將大大減少金屬基體的熱燒蝕和熱沖擊，金屬的背溫將會大大降低，從而有效地對火箭發射臺起到熱防護作用。
【附圖說明】
[0014]圖1:10mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時間的關系曲線；
[0015]圖2:15mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時間的關系曲線。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例和附圖來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。
[0017]實施例1熱防護涂層結構的制備
[0018]1.有機底層的制備:將環氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態橡膠按照7:2:1質量比例混合后，涂覆在除銹后的190X 120X5mm的鋼板一側表面上，涂覆厚度為2mm ο
[0019]2.無機表層的制備:首先將填料沙子和水泥按照2:1的質量比例混合均勻，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)質量比=1:1:1。待有機底層未完全固化前，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的熱防護涂層。
[0020]對金屬鋼板上熱防護涂料隔熱的熱防護效果進行試驗:
[0021]采用YA6804型氧氣煤油發動機對試樣進行試驗件背面溫度的測試，試樣為金屬鋼板一側涂有熱防護涂料，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗條件:發動機燃燒室壓力:Pc=L 4±0.05MPa ;發動機余氧系數:a =0.7±0.03 ;發動機噴口直徑:65mm ;燒蝕試驗時間:3s/件。試驗條件為模擬火箭發射時的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有熱防護涂料一側的金屬鋼板。測試金屬不帶有涂層一側的溫度(背面溫度)。1mm涂層厚的金屬件背面溫度與燒蝕時間的關系如圖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。試驗結果表明，本發明的涂層材料與結構具有良好的隔熱性能，并且保護了鋼板底材。
[0022]實施例2熱防護涂層結構的制備
[0023]1.有機底層的制備:將環氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態橡膠按照7:2:1質量比例混合后，涂覆在除銹后的190X 120X5mm的鋼板一側表面上，涂覆厚度為4mm ο
[0024]2.有機-無機復合表層的制備:首先將填料沙子和水泥按照2:1的質量比例混合均勻，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)質量比=1:1:1。待有機底層未完全固化前，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的熱防護涂層。
[0025]對金屬鋼板上熱防護涂層隔熱的熱防護效果進行試驗:
[0026]采用YA6804型氧氣煤油發動機對試樣進行試驗件背面溫度的測試，試樣為金屬鋼板一側涂有熱防護涂層，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗條件:發動機燃燒室壓力:Pc=L 4±0.05MPa ;發動機余氧系數:α =0.7±0.03 ;發動機噴口直徑:65mm ;燒蝕試驗時間:3s/件。試驗條件為模擬火箭發射時的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有熱防護涂料一側的金屬鋼板。測試金屬不帶有涂層一側的溫度(背面溫度)。15mm涂層厚的金屬件背面溫度與燒蝕時間的關系如圖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。試驗結果表明，本發明的涂層材料與結構具有良好的隔熱性能，并且保護了鋼板底材。
【主權項】
1.一種熱防護涂層結構，其特征在于:于基底表面依次設置的有機底層和無機表層兩層材料組成。
2.按照權利要求1所述的熱防護涂層結構，其特征在于:按質量比計，有機底層由環氧樹脂65?80%、固化劑聚酰胺10?20%、增韌劑液態橡膠5?20%組成。
3.按照權利要求1所述的熱防護涂層結構，其特征在于:按質量比計，無機表層是由水玻璃、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.按照權利要求1或2所述的熱防護涂層結構，其特征在于:有機底層厚度為2?6mm。
5.按照權利要求1或3所述的熱防護涂層結構，其特征在于:無機表層材料的厚度為6 ?14mm。
6.按照權利要求1所述的熱防護涂層結構，其特征在于:熱防護涂料有機底層和無機表層總厚度為8?20mm。
7.按照權利要求1所述的熱防護涂層結構，其特征在于:所述基底為金屬基底。
8.按照權利要求3所述的熱防護涂層結構，其特征在于:所述沙子為過35目篩后的篩下組份。
9.一種權利要求1-8任何一項所述的熱防護涂層結構用于發射臺外表面上作為熱防護涂層，于發射臺外表面依次設有有機底層、無機表層。
【專利摘要】本發明公開了一種金屬表面用熱防護涂層材料的結構及其應用。本發明熱防護涂層材料由有機底層和無機表層兩層材料組成。其中，有機底層由環氧樹脂、固化劑聚酰胺和增韌劑液態橡膠組成。無機表層由水玻璃、固化劑氟硅酸鈉、沙子、水泥和耐火骨料組成。本發明的熱防護涂層材料能夠承受火箭模擬燃氣流沖刷，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】CN104691065
【申請號】CN201310665480
【發明人】馬磊, 張巍, 王國鵬, 臧紅, 張濤
【申請人】中國科學院大連化學物理研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月6日