CN104924704A

CN104924704A - 一种钢结构表面用耐高温涂层的结构及其应用

Info

Publication number: CN104924704A
Application number: CN201410105920.XA
Authority: CN
Inventors: 马磊; 张巍; 王国鹏; 臧红; 张涛
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明公开了一种钢结构表面用耐高温涂层材料的结构及其应用。本发明耐高温涂层材料由有机层、定形耐火砖层、有机层和不定形耐火材料层四层材料组成。其中，两层有机层成分相同，由环氧树脂、固化剂聚酰胺和增韧剂液态橡胶组成。耐火砖选用黏土质耐火砖。不定形耐火材料由焦宝石、堇青石、铝酸盐水泥和硅灰组成。本发明的耐高温涂层材料附着力强，能够承受火箭模拟燃气流冲刷，金属背面温度不超过120℃，涂层具有良好的耐高温燃气流冲刷性能和隔热性能。

Description

一种钢结构表面用耐高温涂层的结构及其应用

技术领域

本发明涉及一种钢结构表面的耐高温涂层结构，尤其是涉及一种用于火箭发射台表面涂覆的降低发射台背温、保护火箭发射台钢结构表面的耐高温涂层结构及其应用，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。如果将发射台涂以耐高温涂料，可使金属表面隔热，减少热烧蚀和热冲击，并防止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，从而确保发射台工作的可靠性，延长发射台的使用寿命。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，但目前，有关对发射台进行热防护的技术还未见相关报道。

发明内容

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，背温不超过120℃的耐高温涂层的结构。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

本发明耐高温涂层结构，由四层材料组成，于钢结构表面依次设有有机层、定形耐火砖层、有机层和不定形耐火材料层。

两层有机层成分相同，均由有机材料组成，环氧树脂（质量比，下同）65～80%，固化剂聚酰胺10～20%，增韧剂液态橡胶5～20%。有机层的厚度为2～6mm。

定形耐火砖层是由黏土质耐火砖组成，其耐火度可达1730℃，Al₂O₃含量＞40%。定形耐火砖层的厚度为5～15mm。

不定形耐火材料层是由无机材料组成，焦宝石40～70%，堇青石5～25%，铝酸盐水泥10～30%，硅灰2～10%。不定形耐火材料层的厚度为6～14mm。

本发明耐高温涂层有机层、定形耐火砖层、有机层和不定形耐火材料层总厚度为15～40mm。

本发明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。耐火砖：型号为（NZ）-2，生产厂家是中钢集团耐火材料有限公司。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。焦宝石：粒度6-35M和100M筛下组份，生产厂家是淄博宝石窑炉材料有限公司。堇青石：粒度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。

本发明的耐高温涂层附着力强，能够承受火箭模拟燃气流冲刷，钢结构背面温度不超过120℃，涂层具有良好的隔热性能。

本发明应用时，将有机层、定形耐火砖层、有机层和不定形耐火材料层依次涂覆在火箭发射台上。由于本发明的四层材料中含有定形耐火砖层和不定形耐火材料层，两层均由无机非金属材料组成，因此涂层材料的耐火度高，强度大。当火箭发射升空时，涂层受到燃气流的高温以及高速的冲刷，涂层最外层的不定形耐火材料层能够耐烧蚀并且耐冲刷，起到了隔热作用，因此保护了火箭发射台。

由此可见，经过本发明将大大减少钢结构基体的热烧蚀和热冲击，钢结构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1：15mm涂层试样的背面温度与烧蚀时间的关系曲线；

图2：30mm涂层试样的背面温度与烧蚀时间的关系曲线;

图3：涂层结构示意图，图中：1-钢板2-有机层3-耐火砖层4-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发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。

实施例1耐高温涂层的制备

如图3所示：

1.第一层有机层的制备：将环氧树脂SM828、固化剂聚酰胺650、增韧剂液态橡胶按照7:2:1质量比例混合后，涂覆在除锈后的190×120×5mm的钢板一侧表面上，涂覆厚度为2mm。

2.定形耐火砖层的制备：将厚度为5mm的黏土质耐火砖（NZ）-2粘贴在有机层上。

3.第二层有机层的制备：将环氧树脂SM828、固化剂聚酰胺650、增韧剂液态橡胶按照7:2:1质量比例混合后，涂覆在黏土质耐火砖上，涂覆厚度为2mm。

4.不定形耐火材料层的制备：首先将6-35M和100-325M的焦宝石按照1:1的质量比例混合均匀，然后再将混合后的焦宝石与堇青石、铝酸盐水泥、硅灰按照质量比12:3:4:1混合。待混合均匀后，加水搅拌3min，加水量为配料量的16%（质量分数）。将不定形耐火材料涂覆在第二层有机层之上，涂覆厚度为6mm的表层，制备总厚度为15mm的耐高温涂层。

对金属钢板上耐高温涂料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耐高温涂料，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；喷管出口燃气温度：2210K；喷管出口燃气速度：2390m/s；燃烧室温度：3470K；烧蚀试验时间：5s/件；热流密度：13.1Mw/m²。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料一侧的金属钢板。测试金属不带有涂层一侧的温度（背面温度）。15mm涂层厚的金属件背面温度与烧蚀时间的关系如图1所示。从图中可以看出，涂覆15mm涂层厚的试样的背温未超过100℃。试验结果表明，本发明的涂层材料与结构附着力强，具有良好的隔热性能，并且保护了钢板底材。

实施例2耐高温涂层结构的制备

如图3所示：

1.第一层有机层的制备：将环氧树脂SM828、固化剂聚酰胺650、增韧剂液态橡胶按照7:2:1质量比例混合后，涂覆在除锈后的190×120×5mm的钢板一侧表面上，涂覆厚度为4mm。

2.定形耐火砖层的制备：将厚度为15mm的黏土质耐火砖（NZ）-2粘贴在有机层上。

4.不定形耐火材料层的制备：首先将6-35M和100-325M的焦宝石按照1:1的质量比例混合均匀，然后再将混合后的焦宝石与堇青石、铝酸盐水泥、硅灰按照质量比12:3:4:1混合。待混合均匀后，加水搅拌3min，加水量为配料量的16%（质量分数）。将不定形耐火材料涂覆在第二层有机层之上，涂覆厚度为9mm的表层，制备总厚度为30mm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耐高温涂料，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；喷管出口燃气温度：2210K；喷管出口燃气速度：2390m/s；燃烧室温度：3470K；烧蚀试验时间：5s/件；热流密度：13.1Mw/m²。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料一侧的金属钢板。测试金属不带有涂层一侧的温度（背面温度）。30mm涂层厚的金属件背面温度与烧蚀时间的关系如图2所示。从图中可以看出，涂覆30mm涂层厚的试样的背温未超过100℃。试验结果表明，本发明的涂层材料与结构附着力强，具有良好的隔热性能，并且保护了钢板底材。

Claims

1.一种耐高温涂层，其特征在于：于基底表面依次设置的有机层、黏土质耐火砖层、有机层和不定形耐火材料层四层材料组成。

2.按照权利要求1所述的耐高温涂层，其特征在于：两层有机层均由以下成分组成：按质量比计，环氧树脂65～80%、固化剂聚酰胺10～20%、增韧剂液态橡胶5～20%。

3.按照权利要求1所述的耐高温涂层，其特征在于：黏土质耐火砖耐火度可达1730℃，Al₂O₃含量＞40%；耐火砖的厚度为5～15mm。

4.按照权利要求1所述的耐高温涂层，其特征在于：按质量比计，不定形耐火材料层是由焦宝石、堇青石、铝酸盐水泥和硅灰组成，

其中，按质量比计，焦宝石40～70%，堇青石5～25%，铝酸盐水泥10～30%，硅灰2～10%。

5.按照权利要求1或2所述的耐高温涂层，其特征在于：有机层厚度为2～6mm。

6.按照权利要求1或4所述的耐高温涂层，其特征在于：不定形耐火材料层厚度为6～14mm。

7.按照权利要求1所述的耐高温涂层，其特征在于：耐高温涂层有机层、定形耐火砖层、有机层和不定形耐火材料层总厚度为15～40mm。

8.按照权利要求1所述的耐高温涂层，其特征在于：所述基底为钢结构基底。

9.按照权利要求4所述的耐高温涂层，其特征在于：所述焦宝石由两种粒度组成：一种粒度为6-35M之间，一种粒度为100-325M之间，两种粒度的焦宝石质量比为1:1，堇青石粒度为0.5-1mm。

10.一种权利要求1-9任何一项所述的耐高温涂层用于发射台外表面上作为耐高温涂层，于发射台外表面依次设有有机层、定形耐火砖层、有机层和不定形耐火材料层。