一種耐高溫涂層結構及其在火箭發(fā)射臺上的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層及制備方法，尤其是涉及一種用于火箭發(fā)射臺表面涂覆的降低發(fā)射臺背溫、保護火箭發(fā)射臺鋼結構表面的耐高溫涂層，屬于耐高溫絕熱防護領域。
【背景技術】
[0002]隨著航天、宇航事業(yè)的發(fā)展，耐高溫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(fā)射臺也增加了熱防護措施。如果將發(fā)射臺涂以耐高溫涂料，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(fā)射臺工作的可靠性，延長發(fā)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(fā)射平臺為混凝土發(fā)射平臺，這類由無機非金屬材料構筑的發(fā)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(fā)射臺無法進行移動。
[0003]利用專門的耐高溫涂層材料和結構可以對火箭發(fā)射臺進行熱防護，這種耐高溫涂層不但起到了保護火箭發(fā)射臺的作用，還解決了全部由無機非金屬材料構筑發(fā)射臺導致的重量重、無法移動的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是對地面設施火箭發(fā)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100°c的耐高溫涂層的結構。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明耐高溫涂層結構，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(huán)氧樹脂(質量比，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]表層是由無機材料組成，莫來石40?70%，堇青石5?25%，鋁酸鹽水泥10?30%，硅灰2?10%。表層材料的厚度為8?24mm。
[0009]本發(fā)明耐高溫涂層有機底層和無機表層總厚度為10?30mm。
[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)標準。環(huán)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(tài)橡膠:型號為數(shù)均分子量4000，生產廠家是大連金州盛達橡塑制品有限公司。鋁酸鹽水泥:型號為Secar71，生產廠家是凱諾斯(中國)鋁酸鹽技術有限公司。莫來石:粒度5_3mm和小于3-lmm(莫來石由粒度為5-3mm和小于3_lmm二種不同粒度的顆粒組成,二者按照1: (0.8?1.5)的質量比例混合)，生產廠家是靖州華鑫莫來石有限公司。堇青石:粒度0.5-1_，生產廠家偃師市光明高科耐火材料制品有限公司。硅灰:型號970，生產廠家是上海天愷硅粉材料有限公司。
[0011]本發(fā)明的耐高溫涂層材料附著力強，能夠承受火箭模擬燃氣流沖刷，金屬背面溫度不超過100°C，涂層具有良好的耐高溫燃氣流沖刷性能和隔熱性能。
[0012]本發(fā)明應用時，將有機底層和無機表層依次涂覆在火箭發(fā)射臺上。由于本發(fā)明表層材料是由無機非金屬材料組成，因此材料的耐火度高，強度大。當火箭發(fā)射升空時，涂層受到燃氣流的高溫以及高速的沖刷，涂層的表層材料能夠耐燒蝕并且耐沖刷，起到了隔熱作用，因此保護了火箭發(fā)射臺。
[0013]由此可見，經過本發(fā)明將大大減少金屬基體的熱燒蝕和熱沖擊，金屬的背溫將會大大降低，從而有效地對火箭發(fā)射臺起到熱防護作用。
【附圖說明】
[0014]圖1:15mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時間的關系曲線；
[0015]圖2:20mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時間的關系曲線；
[0016]圖3:涂層結構示意圖，圖中:1_鋼板2-有機層3-無機層。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例和附圖來進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。
[0018]實施例1火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層的制備
[0019]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質量比例混合后，涂覆在除銹后的190 X 120 X 5mm的鋼板一側表面上，涂覆厚度為3mm ο
[0020]2.無機表層的制備:首先將5-3mm和小于3_lmm的莫來石按照1:1的質量比例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照質量比11:5:4:1混合。待混合均勻后，加水攪拌3min，加水量為表層配料量的13% (質量分數(shù))。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3mm的底層上涂覆厚度為12mm的表層，制備總厚度為15mm的耐高溫涂層。
[0021]對金屬鋼板上耐高溫涂料隔熱的熱防護效果進行試驗:
[0022]采用YA6804型氧氣煤油發(fā)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耐高溫涂料，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):α = 0.7±0.03 ;發(fā)動機噴口直徑:65mm ;噴管出口燃氣溫度:2210K ;噴管出口燃氣速度:2390m/s ;燃燒室溫度:3470K ;燒蝕試驗時間:10s/件；熱流密度:5.4Mw/m2 ;壓力:0.077MPa。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1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(fā)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。
[0023]實施例2火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層的制備
[0024]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質量比例混合后，涂覆在除銹后的190 X 120 X 5mm的鋼板一側表面上，涂覆厚度為4mm ο
[0025]2.無機表層的制備:首先將5-3mm和小于3_lmm的莫來石按照1:1的質量比例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照質量比11:5:4:1混合。待混合均勻后，加水攪拌3min，加水量為表層配料量的13% (質量分數(shù))。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16mm的表層，制備總厚度為20mm的耐高溫涂層。
[0026]對金屬鋼板上耐高溫涂層隔熱的熱防護效果進行試驗:
[0027]采用YA6804型氧氣煤油發(fā)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耐高溫涂料，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):α = 0.7±0.03 ;發(fā)動機噴口直徑:65mm ;噴管出口燃氣溫度:2210K ;噴管出口燃氣速度:2390m/s ;燃燒室溫度:3470K ;燒蝕試驗時間:10s/件；熱流密度:5.4Mw/m2 ;壓力:0.077MPa。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)。20mm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20mm涂層厚的試樣的背溫未超過100°C。試驗結果表明，本發(fā)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】
1.一種耐高溫涂層結構，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； 按質量比計，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； 按質量比計，無機表層是由莫來石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成，其中，按質量比計，莫來石40?70%，堇青石5?25%，鋁酸鹽水泥10?30%，硅灰2?10%。2.按照權利要求1所述的耐高溫涂層結構，其特征在于:有機底層厚度為2?6mm。3.按照權利要求1所述的耐高溫涂層結構，其特征在于:無機表層材料的厚度為8?24mm。4.按照權利要求1、2或3所述的耐高溫涂層結構，其特征在于:耐高溫涂層有機底層和無機表層總厚度為10?30mm。5.按照權利要求1所述的耐高溫涂層結構，其特征在于:所述基底為金屬基底。6.按照權利要求1所述的耐高溫涂層結構，其特征在于:所述莫來石由粒度為5-3_和小于3-lmm 二種不同粒度的顆粒組成，二者按照1: (0.8?1.5)的質量比例混合； 堇青石粒度為0.5-lmm。7.—種權利要求1-6任何一項所述的耐高溫涂層用于火箭發(fā)射臺外表面上作為耐高溫涂層，于發(fā)射臺外表面依次設有有機底層、無機表層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火箭發(fā)射臺用耐高溫涂層材料。本發(fā)明耐高溫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(huán)氧樹脂、固化劑聚酰胺和增韌劑液態(tài)橡膠組成。無機表層由莫來石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成。本發(fā)明的耐高溫涂層材料附著力強，能夠承受火箭模擬燃氣流沖刷，金屬背面溫度不超過100℃，涂層具有良好的耐高溫燃氣流沖刷性能和隔熱性能。
【IPC分類】B32B27/06
【公開號】CN105291520
【申請?zhí)枴緾N201410310532
【發(fā)明人】張巍, 馬磊, 王國鵬, 張濤, 平仕良, 趙海, 潘玉竹, 徐錚, 任曉偉, 吳夢強, 馮磊, 黎定仕
【申請人】中國科學院大連化學物理研究所, 北京航天發(fā)射技術研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年7月1日