一种防热涂层片材预成型方法与流程

本发明涉及一种高精度涂层成型方法，具体涉及一种防热涂层片材预成型方法。

背景技术：

火箭在大气层内进行高超声速飞行时，外界气流对表面产生气动加热效应、可使结构温度达到上千摄氏度，承载结构的材料在相应温度下直接使用会发生损毁，为保证承载结构处于可靠工作的温度范围内，通常在火箭发动机外表面成型数毫米至数十毫米厚度的防热涂层，通过防热涂层的辐射、高温分解吸热、隔热作用，共同保护内部承载结构处于正常工作温度范围。防热涂层材料性能稳定、厚度稳定是保证气动热防护质量的重要指标性参数，通常涂层喷涂、刮涂等方式成型在火箭发动机外表面，再进行热固化、形成一定厚度的涂层结构。受到现有成型工艺方式限制，防热涂层直接在火箭发动机表面施工，施工表面不平整，影响防热涂层成型厚度的稳定性、厚度偏差达到0.3mm~0.6mm；直接在火箭发动机表面施工，采用串联型工序，为涂层喷涂(刮涂)产品生产在线时长，限制了产品生产效率。甚至涂料中的溶剂渗入内部、导致被防护复合材料的有机树脂降解，带来工艺过程二次危害。为了提高外防热涂层厚度控制精度，降低生产在线时间、提高生产效率，避免工件表面直接施工对被防护复合材料的二次危害，开发了一种涂层片材预成型方法，优化了配套生产过程，实现厚度高精度控制、提高涂层性能稳定性，实现多工序并行的高效生产，避免溶剂对复合材料制品二次危害。

现有成型工艺方式下，防热涂层直接喷涂或刮涂在火箭发动机表面，影响防热涂层成型厚度的稳定性、厚度偏差达到0.3mm~0.6mm；进行低密度高性能热防护涂层成型时，喷涂过程中空心填料飞扬，对涂层性能稳定造成不利影响；直接在火箭发动机表面施工，采用串联型工序，需要被防护件依次经历涂层喷涂（或刮涂）、晾置、固化、表面处理等工序，产品生产在线时长，生产效率偏低。在被防护件使用纤维增强树脂基复合材料时，涂层材料中的溶剂渗入内部、导致有机树脂降解，会带来二次危害。

技术实现要素：

要解决的技术问题：

本发明提供一种防热涂层片材预成型方法，以解决现有工艺防热涂层厚度精度不高、直接成型时溶剂浸渗二次危害、生产效率低等问题。

解决技术问题所采用的技术方案：

一种防热涂层片材预成型方法，包含如下步骤：

s1，模具处置，按涂层厚度要求、面积要求设定片材成型模具的隔板，通过隔板的高度控制涂层厚度、以隔板相互之间的间隔尺寸控制片材面积；

s2，涂层涂覆，将s1中所选定的涂层材料喷涂或刮涂在模具隔板内，至涂层与隔板高度平齐；

s3，预固化，对s2中涂层进行预固化，使涂层片材达到预期力学性能，并排除残留溶剂；

s4，脱模，将涂层片材从模具上分离，获得预成型片材；

s5，贴覆，使用粘接剂将涂层预成型片材粘接在所要防护的制品表面，贴覆过程中可以根据制品表面需要对涂层预成型片材进行裁剪。

进一步地，步骤s1至s4与被防护制品生产同时进行，步骤s5时并入制品生产工序，形成并联工序。

进一步地，所述步骤s2中涂层涂覆方式选用刮涂方式。

进一步地，所述步骤s3中预固化的选用方式通过涂层溶剂挥发迁移速率和涂层表面致密化速率的竞争性给出，要求溶剂挥发速率大于涂层表面致密化速率。

进一步地，所述预固化选用自然室温预固化、辅助加热预固化或真空辅助预固化。

进一步地，所述预固化选用自然室温预固化、辅助加热预固化和真空辅助预固化的两种或两种以上的组合。

进一步地，所述的溶剂挥发迁移速率偏小的涂层材料，将步骤s2与s3分段交替进行，促使溶剂有效挥发、保证涂层预成型片材密致。

进一步地，所述的脱模材料选为聚四氟乙烯漆布。

进一步地，所述粘接剂选择常温固化的耐高温粘接剂，要求粘接剂初始热分解温度在300℃以上。

进一步地，所获得的涂层预成型片材力学性能符合性依据硬度监测结果进行判定，选择涂层硬度60%以上。

有益效果：

采用模塑方式成型防热涂层片材，提高厚度精度，通过涂层预固化提前排除溶剂影响，增加界面处理工序，将涂层成型工序与火箭发动机生产工序并行，将串联型工序转变为并联型工序，缩短生产周期、提高生产效率。该方法尤为适宜大厚度、大面积涂层成型。

附图说明

图1：模具结构；

图2：工序流程1；

图3：工序流程2；

图4：锥柱形制件对应涂层预成型片材扇面；

其中：1.载料磨具，2.隔板，3.涂层涂覆空间。

具体实施方式

以下通过两个实施例进一步对本专利进行说明。

实施例一：

按附图2中表示的并联型工序安排涂层预成型片材施工。

s1，模具处置，使用附图1结构形式的模具，按涂层预成型片材厚度需要选定隔板高度，按涂层预成型片材长度和宽度需要设定隔板间隔距离；在模具脱模面敷设聚四氟乙烯漆布用于涂层预成型片材脱模。

s2，涂层涂覆，选定有机硅改性环氧类防热涂层材料（fr46系涂层材料），使用喷涂工艺方式将涂层材料喷涂在模具的隔板间隔空间内，至涂层厚度接近隔板高度时，使用刮涂方式，将涂层材料刮涂至与隔板平齐。

s3，预固化，使用烘房以辅助加热预固化、真空辅助预固化相结合的方式实现所涂覆涂层预固化，以排除溶剂并使涂层预成型片材达到工艺硬度，加热程序为温度30℃下2.5h、30℃-60℃升温0.5h、60℃下4h，调整烘房轴流风机转速，整个加热过程中控制真空度在0.01mpa~0.03mpa。

s4，脱模，沿聚四氟乙烯漆布与模具表面，将涂层预成型片材与模具分离，使用邵氏硬度仪在涂层预成型片材可裁剪边角测试硬度，确定硬度处于60~75绍尔。

s5，贴覆，清除预成型片材贴覆面的聚四氟乙烯漆布，在预成型片材贴覆面、被防护件表面涂刷常温固化耐高温粘接剂(j-300)，将涂刷粘接剂的预成型片材贴覆在被防护件表面。

实施例二：

按附图3中表示的并联型工序安排涂层预成型片材施工。

s1，模具处置，使用附图1结构形式的模具，按涂层预成型片材厚度需要选定隔板高度，按涂层预成型片材长度和宽度需要设定隔板间隔距离；在模具脱模面敷设聚四氟乙烯漆布用于涂层预成型片材脱模。

s2，涂层涂覆，选定硅橡胶类防热涂层材料(tr-42系涂层材料)，使用刮涂工艺方式将涂层材料刮涂在模具的隔板间隔空间内，每次刮涂0.15mm~0.25mm，分多次、与s3交替进行，直至涂层与隔板平齐。

s3，预固化，使用自然室温预固化的方式，分多次间段、与s2交替进行，每相邻两次s2操作之间，室温放置1.0h~2.5h，最后一次s2操作完成后，室温放置36~72h。

s4，脱模，沿聚四氟乙烯漆布与模具表面，将涂层预成型片材与模具分离，使用邵氏硬度仪在涂层预成型片材可裁剪边角测试硬度，确定硬度处于45~50绍尔；并将预成型片材按附图4尺寸裁剪，用于锥柱形制件的热防护。

s5，贴覆，清除预成型片材贴覆面的聚四氟乙烯漆布，在预成型片材贴覆面、被防护件表面涂刷tr-42系涂层材料配套的粘接剂，将涂刷粘接剂的预成型片材贴覆在被防护件表面。