CN109796870A - 可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料及其涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料及其涂层的制备方法，所述涂料包括质量比为100:(100‑150):3:1的混炼胶、溶剂、固化剂和催化剂；其中，所述混炼胶包括质量比为100:50:10:5:2:20:(5‑20)的苯基硅橡胶生胶、气相二氧化硅、碳酸钙、云母、氧化铝、轻质隔热填料和烧结助剂。本发明的有益效果是，通过添加合适的防隔热填料和烧结助剂，使得硅橡胶涂层在高热高温环境下发生陶瓷化烧结反应，形成致密的陶瓷体，从而显著提高硅橡胶涂层的抗烧蚀性能。

Description

可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料及其涂层的制备方法

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体地，涉及一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料及其涂层的制备方法。

背景技术

硅橡胶由于具有优良的力学性能、高温稳定性以及耐烧蚀性能，被广泛作为航空航天领域的热防护材料，如以硅橡胶为基体通过添加防隔热填料制成防热涂料，喷涂于飞行器表面后形成硅橡胶防热涂层，可以在高速气动热环境下保证飞行器结构和内部元器件的完整性和有效性，起到热防护效果。但是随着高速飞行器的发展，飞行速度更快、热流密度更大、飞行时间更长，导致传统的硅橡胶防热涂层出现不耐烧蚀、不抗冲刷、烧蚀量偏大的问题。通过分析，可以得知出现上述问题的主要原因是：传统硅橡胶防热涂层中添加的无机增强填料熔点都很高，陶瓷化温度也很高，所以在高温下涂层的烧蚀产物结构松散，强度很低，无法形成致密的陶瓷块体，导致烧蚀量偏大，无法维持烧蚀外形。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料及其涂层的制备方法；其核心在于，通过在硅橡胶防热涂层中添加一定的烧结助剂，降低硅胶烧蚀产物与增强填料的烧结温度，使得涂层材料在较低的温度下产生熔融液相，这些熔融液相可将填料粒子相互连接起来，称为“桥接作用”，同时填料或烧结助剂会与硅橡胶烧蚀产物发生共晶反应，形成共晶混合物，最终形成致密的陶瓷体，从而显著地提高了涂层的抗烧蚀性能，同时也有助于维持烧蚀外形，达到低烧蚀的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，包括质量比为100:(100-150):3:1的混炼胶、溶剂、固化剂和催化剂；

其中，所述混炼胶包括质量比为100:50:10:5:2:20:(5-20)的苯基硅橡胶生胶、气相二氧化硅、碳酸钙、云母、氧化铝、轻质隔热填料和烧结助剂。气相二氧化硅为结构补强剂，可提高硅橡胶材料的拉伸性能。碳酸钙、云母、氧化铝为成瓷填料，其熔点较高，可提高硅橡胶烧蚀产物的强度。烧结助剂会促进硅橡胶烧蚀产物烧结形成陶瓷体，其的含量会直接影响硅橡胶烧结产物的性能，如果烧结助剂的质量分数过低，无法形成足够的熔融液相并发挥桥接作用，从而导致烧结产物陶瓷化程度不充分，无法形成具有自支撑结构的陶瓷体；如果烧结助剂质量分数太高，会导致硅橡胶烧结产物结构致密度下降，力学性能变差。故最终选择烧结助剂的添加量为5份～20份(苯基硅橡胶生胶为100份的情况下)。

优选地，所述烧结助剂包括硼砂、硼酸锌、低熔点玻璃粉和氧化锂中的一种或几种的混合；所述低熔点玻璃粉包括450℃熔点玻璃粉、650℃熔点玻璃粉中的至少一种。

优选地，所述烧结助剂为低熔点玻璃粉、硼酸锌和氧化锂的混合物。

更优选地，所述烧结助剂为低熔点玻璃粉、硼酸锌和氧化锂的混合物时，所述低熔点玻璃粉、硼酸锌和氧化锂的质量比为2:1:1。需指出的是，如采用低熔点玻璃粉、硼酸锌、氧化锂混合物(质量比为2:1:1)作为烧结助剂，可进一步提高硅橡胶复合材料涂层的热稳定性和烧结产物的残留率、压缩强度，从而提高其抗烧蚀性能。

优选地，所述低熔点玻璃粉为450℃熔点玻璃粉和650℃熔点玻璃粉的混合物，且二者的质量比为1:1。

优选地，所述轻质隔热填料包括空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的至少一种。

优选地，所述溶剂包括120号汽油、甲苯和二甲苯中的一种。

优选地，所述固化剂包括正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少一种。

优选地，所述催化剂包括辛酸亚锡。

本发明还提供一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料的涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1、将苯基硅橡胶生胶、气相二氧化硅、碳酸钙、云母、氧化铝、轻质隔热填料和烧结助剂按照质量比100:50:10:5:2:20:(5-20)在开炼机上进行混合，得到混炼胶；

S2、将混炼胶、溶剂、固化剂、催化剂按照质量比100:(100-150):3:1进行混合、搅拌，将混合物分散均匀，制成硅橡胶复合材料涂料；使用喷枪将所述硅橡胶复合材料涂料喷涂在工件表面，即得到可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂层。

本发明提供了可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料的涂层的制备方法，它包括如下步骤：步骤1，先将苯基硅橡胶生胶与增强填料、烧结助剂等无机粉体在开炼机上混合均匀，制成混炼胶；步骤2，在混炼胶中按照一定比例加入溶剂、固化剂、催化剂，然后进行机械搅拌，分散均匀后得到硅橡胶涂料，将涂料喷涂在需进行防护的结构件表面，即得到可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂层。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过在硅橡胶防热涂层中添加一定的烧结助剂，降低硅胶烧蚀产物与增强填料的烧结温度，使得涂层材料在较低的温度下产生熔融液相，这些熔融液相可将填料粒子相互连接起来，形成致密的陶瓷体，从而显著地提高了涂层的抗烧蚀性能，同时也有助于维持烧蚀外形，达到低烧蚀的效果。

2、本发明采用含氧化锂与低熔点玻璃粉、硼酸锌复配的烧结助剂，相较于采用单一烧结助剂，制得的涂层具有更好的热稳定性，其烧结产物强度更好，抗烧蚀性能更加显著，更有助于维持烧蚀外形，达到低烧蚀的效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂层的制备方法，其中涂层的组分及含量如下表1所示，涂层的制备方法包括如下步骤：

采用电子天平称取苯基硅橡胶100克、气相二氧化硅50克、碳酸钙10克、云母5克、氧化铝2克、空心玻璃微球20克、硼酸锌5克以及氧化锂10克，在开炼机上将上述胶料混合均匀后得到粘稠膏状的混炼胶。

采用电子天平称取二甲苯220克、正硅酸乙酯6克、辛酸亚锡2克加入混炼胶中，采用机械搅拌的方式将其分散均匀，制成颜色均匀的硅橡胶涂料。

把喷枪清洗干净，将配制好的涂料倒入喷壶中开始喷涂，推荐喷涂压力为0.4-0.8MPa，喷枪距离工件表面的垂直距离为150-200mm。喷涂完后即得到可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂层。

采用工业擦拭布蘸乙酸乙酯擦拭工件表面以去除油污，必要时可采用砂纸打磨或吹砂的方式增加工件表面粗糙度，以增加涂层的结合力，但打磨和吹砂后需用压缩空气清理工件表面的粉尘。

实施例2-4

实施例2-4提供一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂层的制备方法，其中涂层的组分及含量如下表1所示，涂层的制备步骤与实施例1相同。

表1

对比例1

本对比例提供一种硅橡胶复合材料涂层的制备方法，其中涂层的组分及含量与实施例1基本一致(涂层的制备步骤与实施例1相同)，不同之处仅在于：空心玻璃微球的添加量为10g，同时烧结助剂中，硼酸锌的添加量为13g，氧化锂的添加量为23g。

对比例2

对比例提供一种硅橡胶复合材料涂层的制备方法，其中涂层的组分及含量与实施例1基本一致(涂层的制备步骤与实施例1相同)，不同之处仅在于：烧结助剂采用锂瓷石粉代替硼酸锌与氧化锂的混合物。

测试方法

对各实施例和各对比例制备的涂层进行性能测试，测试方法如下：

按照GJB323-1996，采用氧-乙炔焰烧蚀的方法测定涂层的线烧蚀率；

计算通过氧-乙炔焰考核后涂层的残留率，公式如下：

测试结果如下表2所示。

表2

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，包括质量比为100:(100-150):3:1的混炼胶、溶剂、固化剂和催化剂；

其中，所述混炼胶包括质量比为100:50:10:5:2:20:(5-20)的苯基硅橡胶生胶、气相二氧化硅、碳酸钙、云母、氧化铝、轻质隔热填料和烧结助剂。

2.根据权利要求1所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述烧结助剂包括硼砂、硼酸锌、低熔点玻璃粉和氧化锂中的一种或几种的混合；所述低熔点玻璃粉包括450℃熔点玻璃粉、650℃熔点玻璃粉中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述烧结助剂为低熔点玻璃粉、硼酸锌和氧化锂的混合物。

4.根据权利要求3所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述烧结助剂中低熔点玻璃粉、硼酸锌和氧化锂的质量比为2:1:1。

5.根据权利要求2所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述低熔点玻璃粉为450℃熔点玻璃粉和650℃熔点玻璃粉的混合物，且二者的质量比为1:1。

6.根据权利要求1所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述轻质隔热填料包括空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述溶剂包括120号汽油、甲苯和二甲苯中的一种。

8.根据权利要求1所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述固化剂包括正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料，其特征在于，所述催化剂包括辛酸亚锡。

10.一种根据权利要求1所述的可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂料的涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将苯基硅橡胶生胶、气相二氧化硅、碳酸钙、云母、氧化铝、轻质隔热填料和烧结助剂按照质量比100:50:10:5:2:20:(5-20)在开炼机上进行混合，得到混炼胶；

S2、将混炼胶、溶剂、固化剂、催化剂按照质量比100:(100-150):3:1进行混合、搅拌，将混合物分散均匀，制成硅橡胶复合材料涂料；使用喷枪将所述硅橡胶复合材料涂料喷涂在工件表面，即得到可瓷化耐烧蚀硅橡胶复合材料涂层。