一种火箭发射台用耐高温涂层材料结构及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种火箭发射台用耐高温涂层材料结构及其应用，具体为于发射台基底表面依次设置有机底层、耐火轻质骨料和有机-无机复合表层，其中，耐火轻质骨料穿插于有机底层和有机-无机复合表层之中。有机底层由环氧树脂、固化剂改性多元胺和增韧剂液体橡胶组成，有机-无机复合表层由有机胶环氧树脂、聚氨酯固化剂、沙子和水泥组成。本发明的耐高温涂层材料能够承受火箭模拟燃气流冲刷，金属背面温度不超过180℃，涂层具有良好的隔热性能。
【专利说明】
-种火箭发射台用耐高溫涂层材料结构及其应用
技术领域
[0001] 本发明设及火箭发射台的耐高溫涂层材料结构，尤其是设及一种用于火箭发射台 表面涂覆的降低火箭发射台背溫的耐高溫涂层材料结构及其应用，属于耐高溫绝热防护领 域。
【背景技术】
[0002] 随着航天、宇航事业的发展，耐高溫涂层材料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W耐高溫涂层材料，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±发射平台，运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。
[0003] 利用专口的耐高溫涂层材料和结构可W对火箭发射台进行热防护，运种耐高溫涂 层材料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。
【发明内容】
[0004] 本发明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，金属背溫不超过180°c的耐高溫涂层材料。 阳〇化]本发明所要解决的技术问题是通过W下技术方案来实现的：
[0006] 于基底表面依次设置有机底层、耐火轻质骨料和有机-无机复合表层，其中，耐火 轻质骨料穿插于有机底层和有机-无机复合表层之中。
[0007] 按质量比计，有机底层由环氧树脂65~80%、固化剂改性多元胺10~20%、增初 剂液体橡胶5~20 %组成。
[0008] 所述的环氧树脂为双酪A缩水甘油酸型环氧树脂、双酪F环氧树脂、双酪S环氧树 月旨、面代双酪A型环氧树脂、氨化双酪A环氧树脂、双酪AD型环氧树脂、径甲基双酪A环氧 树脂中的一种或两种W上，环氧值范围0. 2-0. 6。
[0009] 所述的固化剂改性多元胺为苯酪甲醒己二缩胺、苯酪甲醒间苯二缩胺、苯酪甲醒 乙二缩胺、铁酸Ξ异丙醇叔胺醋中的一种或两种W上；
[0010] 所述的增初剂液体橡胶为二締类液体橡胶、链締控类液体橡胶、聚氨醋类液体 橡胶、液体娃橡胶、液体聚硫橡胶、液体氣橡胶中的一种或两种W上，数均分子量范围为 3000 ~6000。
[0011] 耐火轻质骨料的耐火度不小于1200°C，耐火轻质骨料的粒度为6~35M。A1203的 含量优选为10 %~55%。在本发明中耐火轻质骨料镶嵌在有机底层和有机-无机复合表 层中间，可使得两层的连接更加紧密，同时，对耐火轻质骨料的要求为能够耐受高溫，由于 骨料未暴露于表面，因此对骨料的要求为可w耐受一定高溫即可，优选耐火溫度为不小于 1200°C，同时，考虑到成本的要求，耐火轻质骨料优选于页岩陶粒、粘±陶粒、膨胀珍珠岩中 的一种或两种W上，但运并不限制对耐火轻质骨料的选择。
[0012] 按质量比计，有机-无机复合表层是由有机胶环氧树脂、固化剂聚氨醋、无机填料 沙子和水泥组成的复合材料，其中，有机胶环氧树脂40~60%，固化剂聚氨醋10~20%， 沙子15~30%，水泥5~15%。
[0013] 有机胶环氧树脂为水性环氧树脂W及与水性环氧树脂功能相同的有机胶类。
[0014] 所述的聚氨醋为聚氨基甲酸醋。
[0015] 有机-无机复合表层的制备方法为：
[0016] 将沙子和水泥按照（1. 5~4. 5) :1混合均匀，得到无机物，将有机胶环氧树脂和聚 氨醋固化剂按照3 : (0. 5~2)混合，得到有机物，将无机物添加到有机物中，无机物与有机 物的质量比为（0.8~4) :1。
[0017] 所述沙子的粒径不大于35目。
[0018] 所述有机底层的厚度为2~6mm ;
[0019] 所述有机-无机复合表层的厚度为3~14mm ;
[0020] 所述耐高溫涂层材料结构的总厚度为5~20mm。
[0021] 所述基底为金属基底。
[0022] 所述的耐高溫涂层材料结构用于火箭发射台外表面上，于发射台外表面依次设置 有机底层、耐火轻质骨料、有机-无机复合表层。
[0023] 本发明的有益效果：
[0024] 本发明采用的结构是将有机底层、耐火轻质骨料和有机-无机复合表层依次涂覆 在火箭发射台上，当涂层受到燃气流的高溫W及高速的冲刷时，涂层材料的有机-无机复 合表层首先有一个急剧的物理吸热，并开始化学分解，溫度上升并向内部传热，分解后的残 渣形成残碳层，表层中高聚物被灼烧后成碳率高、残碳层密实，具备耐烧蚀性能好的特点， 起到隔热作用和耐冲刷作用；
[0025] 所述的耐火轻质骨料一部分镶嵌在有机底层中，一部分镶嵌在有机-无机复合表 层中，利用耐火轻质骨料运种"钉扎"结构，将有机底层和有机-无机复合表层更好的结合 在一起，增大了有机底层和有机-无机复合表层的粘结，在实际使用中，有机-无机复合表 层更加不易脱落。
[00%] 经过本发明将大大减少金属基体的热烧蚀和热冲击，金属的背溫将会大大降低， 同时，耐高溫的利用率也有所提高，从而有效地对火箭发射台起到热防护作用。
【附图说明】
[0027] 图1为耐高溫涂层材料结构示意图，图中：1-钢板2-有机底层3-耐火轻质骨料 4-有机-无机复合表层。
【具体实施方式】
[0028] W下实施例用于进一步详细描述本发明，但不构成对本发明的限制，本发明的具 体数据绝非仅限于运些实施例。
[0029] 原料为符合行业标准的材料即可，本发明使用的原料不构成对本发明的限制。水 泥：型号为425娃酸盐水泥，生产厂家是郑州登峰烙料有限公司。环氧树脂：型号为SM828， 固化剂改性多元胺：型号为703,生产厂家是无锡光明化工有限公司。增初剂液体橡胶：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。有机胶环氧树脂：型 号为SM815,聚氨醋固化剂：型号为735,生产厂家是江苏Ξ木集团有限公司。耐火轻质骨 料：粒度6~35M，生产厂家是溜博宝石害炉材料有限公司。
[0030] 实施例1耐高溫涂层材料的制备
[0031] 1.有机底层的制备：将环氧树脂、固化剂改性多元胺、增初剂液体橡胶按照7:2:1 比例混合后，涂覆在除诱、除漆后的190 X 120 X 5mm的钢板上，涂覆厚度为2mm。 阳〇3引2.耐火轻质骨料的制备：有机底层涂覆完毕后，即刻将粒度为6~35M的耐火轻 质骨料均匀铺撒粘贴在有机底层上。
[0033] 3.有机-无机复合表层的制备：首先将填料沙子和水泥按照2:1的比例混合均 匀，再添加到有机胶环氧树脂和聚氨醋固化剂按照3:1比例的混合胶中，固体与液体的比 例为3:1。 阳034] 4.将有机-无机复合表层均匀涂覆在耐火轻质骨料之上，涂覆厚度为4mm，制备总 厚度为6mm的耐高溫涂层材料。
[0035] 如附图1所示，所述的耐火轻质骨料一部分镶嵌在有机底层中，一部分镶嵌在有 机-无机复合表层中，形成"钉扎"结构。
[0036] 对金属钢板上耐高溫涂层材料隔热的热防护效果进行试验：
[0037] 采用YA6804型氧气煤油发动机对试样进行试验件背面溫度的测试，试样为金属 钢板一侧涂有耐高溫涂层材料，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 ;烧蚀 试验时间：2s/件。试验条件为模拟火箭发射时的尾焰吹扫情况，火焰吹扫涂有耐高溫涂层 材料一侧的金属钢板。测试金属钢板的背面溫度。6mm涂层厚的金属件背面溫度测量结果 如表1所示。从表中可W看出，涂覆6mm涂层厚的试样的背溫未超过100°C。试验结果表 明，本发明的耐高溫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。
[0038] 表1 6mm涂层厚的金属件背面溫度测重结果
[0039]
W40] 实施例2耐高溫涂层材料的制备
[0041] 1.有机底层的制备：将环氧树脂、固化剂改性多元胺、增初剂液体橡胶按照7:2:1 比例混合后，涂覆在除诱、除漆后的190X 120X5mm的钢板上，涂覆厚度为4mm。
[0042] 2.耐火轻质骨料的制备：有机底层涂覆完毕后，即刻将粒度为6~35M的耐火轻 质骨料均匀铺撒粘贴在有机底层上。
[0043] 3.有机-无机复合表层的制备：首先将填料沙子和水泥按照2:1的比例混合均 匀，再添加到有机胶环氧树脂和聚氨醋固化剂按照3:1比例的混合胶中，固体与液体的比 例为3:1。 阳044] 4.将有机-无机复合表层均匀涂覆在耐火轻质骨料之上，涂覆厚度为6mm，制备总 厚度为10mm的耐高溫涂层材料。
[0045] 如附图1所示，所述的耐火轻质骨料一部分镶嵌在有机底层中，一部分镶嵌在有 机-无机复合表层中，形成"钉扎"结构。
[0046] 对金属钢板上耐高溫涂层材料隔热的热防护效果进行试验：
[0047] 采用YA6804型氧气煤油发动机对试样进行试验件背面溫度的测试，试样为金属 钢板一侧涂有耐高溫涂层材料，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 ;烧蚀 试验时间：2s/件。试验条件为模拟火箭发射时的尾焰吹扫情况，火焰吹扫涂有耐高溫涂层 材料一侧的金属钢板。测试金属钢板的背面溫度。10mm涂层厚的金属件背面溫度测量结果 如表2所示。从表中可W看出，涂覆10mm涂层厚的试样的背溫未超过100°C。试验结果表 明，本发明的耐高溫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。
[0048] 表2 10mm涂层厚的金属件背面溫度测重结果
[0049]
【主权项】
1. 一种火箭发射台用耐高温涂层材料结构，其特征在于：于基底表面依次设置有机底 层、耐火轻质骨料和有机-无机复合表层，其中，耐火轻质骨料穿插于有机底层和有机-无 机复合表层之中。2. 按照权利要求1所述的耐高温涂层材料结构，其特征在于：按质量比计，有机底层由 环氧树脂65~80%、固化剂改性多元胺10~20%、增韧剂液体橡胶5~20%组成。3. 按照权利要求1所述的耐高温涂层材料结构，其特征在于：耐火轻质骨料的耐火度 不小于1200°C，耐火轻质骨料的粒度为6~35M。4. 按照权利要求1所述的耐高温涂层材料结构，其特征在于：按质量比计，有机-无 机复合表层是由有机胶环氧树脂、固化剂聚氨酯、沙子和水泥组成，其中，有机胶环氧树脂 40~60%，固化剂聚氨酯10~20%，沙子15~30%，水泥5~15%。5. 按照权利要求4所述的耐高温涂层材料结构，其特征在于： 有机-无机复合表层的制备方法为： 将沙子和水泥按照（1.5~4.5) :1混合均匀，得到无机物，将有机胶环氧树脂和聚氨酯 固化剂按照3 : (0. 5~2)混合，得到有机物，将无机物添加到有机物中，无机物与有机物的 质量比为（〇. 8~4) :1。6. 按照权利要求4或5所述的耐高温涂层材料结构，其特征在于： 所述沙子的粒径不大于35目。7. 按照权利要求1所述的耐高温涂层材料结构，其特征在于： 有机底层的厚度为2~6mm ; 有机-无机复合表层的厚度为3~14mm ; 耐高温涂层材料结构的总厚度为5~20mm。8. 按照权利要求1所述的耐高温涂层材料结构，其特征在于：所述基底为金属基底。9. 一种权利要求1-8任何一项所述的耐高温涂层材料结构用于火箭发射台外表面上， 于发射台外表面依次设置有机底层、耐火轻质骨料、有机-无机复合表层。
【文档编号】E04B1/92GK105984183SQ201510095105
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月2日
【发明人】马磊, 张巍, 王国鹏, 王晓东, 张涛
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所