一种火箭发射台用耐高温涂层结构的制作方法

本实用新型涉及一种耐高温涂层结构，属于耐高温绝热防护领域。

背景技术：

随着航天、宇航事业的发展，耐高温涂层开拓了新的应用领域。除了飞行器本身的热防护外，国内对地面设施如火箭发射台也增加了热防护措施。如果将火箭发射台涂以耐高温涂层，可使金属表面隔热，减少热烧蚀和热冲击，并防止火箭发射台在多次热冲击载荷作用下产生热疲劳、热龟裂和热断裂，从而确保火箭发射台工作的可靠性，延长火箭发射台的使用寿命。在国外，欧洲航天局位于南美圭亚那的阿里安火箭发射平台为混凝土发射平台，这类由无机非金属材料构筑的发射台抗燃气吹扫烧蚀性能比有机烧蚀涂料好，但缺点是厚度厚，重量重，并且发射台无法进行移动。

利用专门的耐高温涂层材料和结构可以对火箭发射台进行热防护，这种耐高温涂层不但起到了保护火箭发射台的作用，还解决了全部由无机非金属材料构筑发射台导致的重量重、无法移动的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是对地面设施火箭发射台增加热防护措施，提供一种能够承受火箭尾焰吹扫，金属背温不超过70℃的耐高温涂层结构。

本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：一种火箭发射台用耐高温涂层结构：于火箭发射台基底表面依次设置有异形有机底层、不定形耐火材料层，其中，远离基底一侧的异形有机底层上表面为锯齿状或波浪形，相应的靠近异形有机底层一侧的不定形耐火材料层下表面为与异形有机底层上表面形状相对应的锯齿状或波浪形，不定形耐火材料层附着于异形有机底层的上表面。异形有机底层、不定形耐火材料层的联结面形成“锯齿状或波浪形”的横截面。

其中，按照质量比计，异形有机底层由环氧树脂65％-80％、固化剂聚酰胺10％-20％、增韧剂液态橡胶5％-20％、气象二氧化硅 3％-10％、多羟基羧酸酰胺0.2％-2％组成。

所述的异形有机底层的厚度为3-8mm。

所述环氧树脂的环氧值范围在环氧值范围0.2-0.6。

所述的固化剂改性多元胺为苯酚甲醛己二缩胺、苯酚甲醛间苯二缩胺、苯酚甲醛乙二缩胺、钛酸三异丙醇叔胺酯中的一种或两种以上；

所述液态橡胶的数均分子量为3000-6000。

所述气象二氧化硅粒径为7-40nm。

所述的多羟基羧酸酰胺为酰胺、酰亚胺、内酰胺及N-取代酰胺中的一种或两种以上。

不定形耐火材料层是由莫来石、堇青石、铝酸盐水泥和硅灰组成，其中，按质量比计，莫来石40-70％，堇青石5-25％，铝酸盐水泥 10-30％，硅灰2-8％；

按质量比计，莫来石优选为45-60％，堇青石优选为15-25％，铝酸盐水泥优选为15-25％，硅灰优选为2-8％。

所述莫来石粒度为5-3mm和3-1mm，堇青石粒度为0.5-1mm。

所述的不定形耐火材料层厚度为6-22mm。

耐高温涂层的制备为：

步骤1)异形有机底层的制备：常温下，将环氧树脂、固化剂聚酰胺、增韧剂液态橡胶、多羟基羧酸酰胺、气象二氧化硅均匀混合，充分搅拌后，涂覆在基底表面上；

步骤2)在常温下，于异形有机底层未固化前，将异形有机底层上表面塑造为锯齿状的结构，其中锯齿状结构的，锯齿状结构高为2-3mm；

步骤3)不定形耐火材料层的制备：首先将5-3mm和3-1mm的莫来石混合均匀，然后再将混合后的莫来石与堇青石、铝酸盐水泥、硅灰混合，待混合均匀后，加水搅拌得到不定形耐火材料层混料，将不定形耐火材料层混料涂覆在异形有机底层之上。

所述环氧树脂为双酚A缩水甘油醚型环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚S环氧树脂、卤代双酚A型环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、双酚AD型环氧树脂或羟甲基双酚A环氧树脂中的一种或两种以上；

所述固化剂为聚酰胺，优选为650低分子聚酰胺，胺值为 80-220mg KOH/g；

所述增韧剂为液态橡胶，液态橡胶为二烯类液体橡胶、链烯烃类液态橡胶、聚氨酯类液体橡胶、液体硅橡胶、液体聚硫橡胶、液体氟橡胶中的中的一种或两种以上；

所述的气象二氧化硅粒径为7-40nm。

所述的多羟基羧酸酰胺优选为BYK-R605。

步骤1)中的环氧树脂、固化剂聚酰胺、增韧剂液态橡胶、气象二氧化硅、多羟基羧酸酰胺按照质量比(65％-80％)：(10％-20％)：(5％ -20％)：(3％-10％)：(0.2％-2％)均匀混合；

步骤1)中，搅拌时间为5-10min，搅拌温度为室温。

步骤2)中异形有机底层的上表面为锯齿状，其中凹槽横截面面积占异形有机底层横截面积的1％-50％。

异形有机底层的锯齿状上表面与下表面之间厚度为4-8mm；不定形耐火材料层锯齿状下表面与上表面之间厚度为8-26mm；耐高温涂层异形有机底层与不定形耐火材料层总厚度为8-30mm。

所述火箭发射台的基底为金属基底，金属基底包括钢板。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述的异形有机底层因其没有流淌性，可以根据需求将其上表面塑造为锯齿状的，该横截面面积约为平面横截面的2倍，该形状有效增加了有机底层与不定形层的接触面积，该结构使有机底层和不定形耐火材料层更好的结合在一起，增大了有机底层和不定形耐火材料层的粘结，在实际使用中，不定形耐火材料层更加不易脱落。另外在总厚度相同耐高温涂层中，横截面为锯齿状的结构能够有效增加不定形耐火材料层使用的总质量，能够承受火箭模拟燃气流冲刷，金属背面温度不超高70℃，使得本耐高温涂层耐高温燃气流冲刷性能和隔热性能进一步提高。由此可见，本实用新型的结构将大大减少金属基体的热烧蚀和热冲击，金属的背温将会大大降低，从而有效地对火箭发射台起到热防护作用。

附图说明

图1为耐高温涂层结构示意图，图中：1-钢板2-异形有机底层3-不定形耐火材料层。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图来进一步描述本实用新型，但是并不限制本实用新型所要保护的范围。

实施例中所用到的原料都可以从市场购买得到，其规格符合行业标准。环氧树脂：型号为SM828，固化剂聚酰胺：型号为650，生产厂家是无锡光明化工有限公司。增韧剂液态橡胶：型号为数均分子量 4000，生产厂家是大连金州盛达橡塑制品有限公司。气象二氧化硅：生产厂家是瓦克化学(中国)有限公司。多羟基羧酸酰胺为BYK-R605，生产厂家德国毕克公司。铝酸盐水泥：型号为Secar71，生产厂家是凯诺斯(中国)铝酸盐技术有限公司。莫来石：粒度为5-3mm和3-1mm，生产厂家是靖州华鑫莫来石有限公司。堇青石：粒度为0.5-1mm，生产厂家偃师市光明高科耐火材料制品有限公司。硅灰：型号970，生产厂家是上海天恺硅粉材料有限公司。

实施例1耐高温涂层的制备

1.有机底层的制备：将环氧树脂SM828、固化剂聚酰胺650、增韧剂液态橡胶、气象二氧化硅、BYK-R605按照7:2:1:0.9:0.1比例混合后，涂覆在除锈、除漆后的190×120×5mm的钢板上，有机底层的上表面为锯齿状，凸起的部分高度为2mm，涂覆厚度(异形有机层锯齿状上表面和下表面距离)为4mm。

2.不定形耐火材料层的制备：首先将5-3mm和3-1mm的莫来石按照1∶1的质量比例混合均匀，然后再将混合后的莫来石与堇青石、铝酸盐水泥、硅灰按照质量比11∶5∶4∶1混合。待混合均匀后，加水搅拌3min，加水量为表层配料量的13％(质量分数)。将表层材料涂覆在异形有机底层之上，涂覆厚度(不定形耐火材料层锯齿状下表面和上表面距离)为8mm，制备总厚度为10mm的耐高温涂层。

对金属钢板上耐高温涂层隔热的热防护效果进行试验：

采用YA6804型氧气煤油发动机对试样进行试验件背面温度的测试，试样为金属钢板一侧涂有热防护涂层材料，不带有涂层的金属面为背面。试验条件：发动机燃烧室压力：Pc＝1.4±0.05MPa；发动机余氧系数：α＝0.7±0.03；发动机喷口直径：65mm；发动机燃料：氧气、煤油；燃气流出口流速：2390m/s；燃气流出口温度：2210K；烧蚀试验时间：5s/件。试验条件为模拟火箭发射时的尾焰吹扫情况，火焰吹扫涂有耐高温涂层材料一侧的金属钢板。测试金属钢板的背面温度。10mm涂层厚的金属件背面温度测量结果如表1所示。从表中可以看出，涂覆10mm涂层厚的试样的背温为68.9℃。试验结果表明，本实用新型的热防护涂层材料与结构具有良好的隔热性能，并且保护了金属底材。

表1 10mm耐高温涂层试样的背面温度测量结果

对比例1耐高温涂层的制备

1.有机底层的制备：将环氧树脂SM828、固化剂聚酰胺650、增韧剂液态橡胶、气象二氧化硅、BYK-R605按照7:2:1:0.9:0.1比例混合后，涂覆在除锈、除漆后的190×120×5mm的钢板上，有机底层为平面，且涂覆厚度为4mm。

2.不定形耐火材料层的制备：首先将5-3mm和3-1mm的莫来石按照 1∶1的质量比例混合均匀，然后再将混合后的莫来石与堇青石、铝酸盐水泥、硅灰按照质量比11∶5∶4∶1混合。待混合均匀后，加水搅拌3min，加水量为表层配料量的13％(质量分数)。将表层材料涂覆在异形有机底层之上，涂覆厚度为6mm，制备总厚度为10mm的耐高温涂层。

对金属钢板上耐高温涂层隔热的热防护效果进行试验：

采用YA6804型氧气煤油发动机对试样进行试验件背面温度的测试，试样为金属钢板一侧涂有热防护涂层材料，不带有涂层的金属面为背面。试验条件：发动机燃烧室压力：Pc＝1.4±0.05MPa；发动机余氧系数：α＝0.7±0.03；发动机喷口直径：65mm；发动机燃料：氧气、煤油；燃气流出口流速：2390m/s；燃气流出口温度：2210K；烧蚀试验时间：5s/件。试验条件为模拟火箭发射时的尾焰吹扫情况，火焰吹扫涂有耐高温涂层材料一侧的金属钢板。测试金属钢板的背面温度。10mm涂层厚的金属件背面温度测量结果如表1所示。从表中可以看出，涂覆10mm涂层厚的试样的背温为75.2℃。

表2 10mm耐高温涂层试样的背面温度测量结果

结论：对比实施例1和对比例1，可以看出本实用新型中的耐高温涂层结构中的锯齿转异形有机底层结构在同等条件下确实能够增强底层和表层的接触面积和增加表层耐火材料的使用量，能够有效降低金属背面温度，增强涂层的耐冲刷性能，由此可见，本实用新型的结构将大大减少金属基体的热烧蚀和热冲击，金属的背温将会大大降低，从而有效地对火箭发射台起到热防护作用。