CN109868056B - 一种熔融抗冲刷烧蚀涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种熔融抗冲刷烧蚀涂料及其制备方法，属于特种涂料技术领域。涂料由下列组分构成：耐高温树脂100‑150份、短切纤维5‑20份、轻质填料30‑100份、补强填料20‑30份、熔融功能填料20‑50份及溶剂150‑200份。制备方法包括树脂处理、填料混合及涂料调整等步骤。通过控制熔融功能填料的用量与种类来调整熔体的形成温度、粘度、以及表面张力，进而可以针对涂层的使用工况对烧蚀涂层的抗冲刷能力进行设计。烧蚀涂料产品通过喷涂、刷涂、滚涂、刮涂等施工方式在工件表面制备成指定厚度的烧蚀涂层。本发明的涂层几乎不出现烧蚀后退现象、烧蚀后表面平整及表面硬度良好。

Description

一种熔融抗冲刷烧蚀涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于特种涂料领域，特别涉及一种通过涂层内部熔融来抗气流冲刷的烧蚀涂料及制备方法。

背景技术

烧蚀涂料是一种主要通过消耗自身质量对工件进行保护的特种涂料，这种消耗自身的过程就是涂层的烧蚀过程。材料的烧蚀过程是一种主动热防护过程，在主动热防护过程中，烧蚀涂层的厚度会逐渐减薄，涂层背温逐渐升高，最后涂层失去热防护作用。

现有烧蚀涂料技术制备的烧蚀涂层，在高温环境下的烧蚀过程中，随着涂层内部树脂及其他填料的分解，涂层宏观上力学性能衰减明显，微观上涂层内聚力下降、涂层内部出现较多空穴。此种条件下，涂层外部存在较大的气流冲刷，会导致涂层表面加速后退，最后造成烧蚀量的增加。如何减少冲刷过程中涂层的减薄现象，是提升现有领域技术的关键因素之一。陨石等天体进入地球大气后，同地球大气高速摩擦发生烧蚀现象，其表面温度可达2000摄氏度以上。在其烧蚀过程中，由于温度较高，陨石表面物质发生熔融现象，形成一层高温、高粘度熔体，减少了其高速冲刷下的烧蚀现象。根据这一现象，国内外烧蚀涂料通过添加玻璃成分，较高的温度下能够在烧蚀涂层表面形成保护性熔体。但在发明者的实验中发现，这种方式有几点不足：玻璃成分熔点较高，在高冲刷条件下涂层未形成完整保护性熔体即被冲刷掉，无法起到有效保护作用；玻璃成分熔融后粘度较低，尤其在高温高冲刷的使用条件下，涂层表面熔体损失较大，无法起到有效保护作用；玻璃成分熔融前后体积缩小明显，形成保护性熔体后涂层内部应力较大，导致涂层龟裂，反而降低了涂层的热防护效果；玻璃成分熔融后同涂层其他成分结合力较低，更倾向于自身团聚，无法形成有效保护层。虽然，通过增加玻璃成分的比例能够解决以上部分问题，但玻璃成分比重较大，过大的比例会导致烧蚀涂层密度较大，无法满足多种工况下烧蚀涂层轻质化的要求。

发明内容

针对现有烧蚀涂料技术中存在的上述不足之处，本发明需要解决的问题是提供一种能够在高温、高冲刷工作环境下形成有效熔融保护的烧蚀涂料及制备方法，以满足不断增长的烧蚀涂料的使用要求。发明者在实验生产中发现，在烧蚀涂料中添加适量熔融功能填料，制备出的烧蚀涂层，在使用工况下，能够同涂层中其他填料、涂层中树脂的分解产物发生一系列的化学变化，在涂层表面形成一层保护性熔融熔体。通过控制涂料中填料的比例与种类，可以控制熔体的形成温度、粘度、以及表面张力，从而调整熔体对底层涂层的保护能力。本发明所公开的方法，涂层在工况下形成的熔融熔体对烧蚀涂层的抗冲刷性能会有明显的提升。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种熔融抗冲刷烧蚀涂料，由下列组分按照重量份数组成：耐高温树脂100-150份、短切纤维5-20份、轻质填料30-100份、补强填料20-30份、熔融功能填料20-50份及溶剂150-200份。

本发明进一步地，耐高温树脂选自有机硅改性环氧树脂、硅橡胶树脂、改性硅橡胶树脂及以上一种或几种树脂的混合物。

本发明进一步地，短切纤维选用玻璃短切纤维、二氧化硅短切纤维、高硅氧短切纤维及以上一种或几种短切纤维的混合物，所述的短切纤维选用纤维长径比2-20的短切纤维。

本发明进一步地，轻质填料选用陶瓷微球、玻璃微球、粉煤灰、膨胀珍珠岩粉及以上一种或几种轻质填料的混合物，所述的轻质填料目数选用50-325目。

本发明进一步地，补强填料选用硅微粉、白炭黑、碳酸钙、云母粉及以上一种或几种补强填料的混合物，所述补强填料目数选用150-800目。

本发明进一步地，熔融功能填料选用氧化锌、氧化钙、氧化铬、氧化硼、氯化锌、氯化钙、磷酸铵及以上一种或几种填料的混合物，所述的熔融功能填料选用325-800目。

本发明进一步地，溶剂选用甲苯、二甲苯、60-200号溶剂油及以上一种或几种溶剂的混合物。

本发明还提供了一种抗冲刷烧蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)树脂处理

按配比，依次将耐高温树脂、短切纤维、补强填料、溶剂放入高速分散机中，高速分散30-60分钟，分散均匀；

2)填料混合

按配比，将补强填料、熔融功能填料、轻质填料投入行星搅拌机中，分散20-50分钟。

3)涂料调整

根据产品特点，使用溶剂调整涂料粘度或固含量，分散3-5分钟，得到烧蚀涂料产品。烧蚀涂料产品可通过喷涂、刷涂、滚涂、刮涂等施工方式在工件表面制备成指定厚度的烧蚀涂层。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明所制备的烧蚀涂层在工作温度下，其内部的熔融功能填料与树脂分解后产生的二氧化硅、涂层内部的填料、纤维、轻质填料共同反应，形成具有冲刷防护功能的共熔体。同现有技术不同之处在于此类熔融熔体同涂层自身、涂层的烧蚀分解产物相结合，提升了涂层在工况下表层的内聚力与抗冲刷能力。通过控制熔融功能填料的用量与种类，可以调整熔体的形成温度、粘度、以及表面张力，进而可以针对涂层的使用工况对烧蚀涂层的抗冲刷能力进行设计。

本发明制备的烧蚀涂层，进行动态热流与静态热流实验，涂层表面气体流速大于3马赫，涂层表面温度600-1200度，涂层几乎不出现烧蚀后退现象、烧蚀后表面平整、表面硬度良好。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施实例：

一种熔融抗冲刷烧蚀涂料，由下列组分按照重量份数组成：苯基改性液态硅橡胶120份、玻璃短切纤维10份、玻璃微球40份、白炭黑10份、氧化锌3份、氯化锌10份、氧化硼10份及100号溶剂油150份。

其中，玻璃短切纤维长径比为10，玻璃微球粒度为325目，白炭黑为800目，氧化锌、氯化锌、氧化硼为600目。

制备方法：

1)树脂处理

按配比，依次将苯基改性液态硅橡胶、玻璃短切纤维、白炭黑、100号溶剂油放入高速分散机中，高速分散60分钟，分散均匀；

2)填料混合

按配比，将氧化锌、氯化锌、氧化硼、玻璃微球投入行星搅拌机中，分散30分钟。

3)涂料调整

使用100号溶剂油调整涂料粘度为100KU，分散5分钟，分桶包装后得到烧蚀涂料产品。

使用该烧蚀涂料制备的5mm厚度烧蚀涂层经检测性能如下：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种熔融抗冲刷烧蚀涂料，其特征在于是由下列组分按照重量份数组成：耐高温树脂100-150份、短切纤维5-20份、轻质填料30-100份、补强填料20-30份、熔融功能填料20-50份及溶剂150-200份，所述耐高温树脂选自有机硅改性环氧树脂、硅橡胶树脂、改性硅橡胶树脂及以上一种或几种树脂的混合物；所述短切纤维选用玻璃短切纤维、二氧化硅短切纤维、高硅氧短切纤维及以上一种或几种短切纤维的混合物；所述的短切纤维选用纤维长径比2-20的短切纤维；所述轻质填料选用陶瓷微球、玻璃微球、粉煤灰、膨胀珍珠岩粉及以上一种或几种轻质填料的混合物；所述的轻质填料目数选用50-325目；所述补强填料选用硅微粉、白炭黑、碳酸钙、云母粉及以上一种或几种补强填料的混合物；所述补强填料目数选用150-800目；所述熔融功能填料选用氧化锌、氧化钙、氧化铬、氧化硼、氯化锌、氯化钙、磷酸铵及以上一种或几种填料的混合物；所述的熔融功能填料选用325-800目；所述溶剂选用甲苯、二甲苯、60-200号溶剂油及以上一种或几种溶剂的混合物。

2.制备如权利要求1所述熔融抗冲刷烧蚀涂料的方法，该方法包括以下步骤：

1)树脂处理

按配比，依次将耐高温树脂、短切纤维、补强填料、溶剂放入高速分散机中，高速分散30-60分钟，分散均匀；

2)填料混合

按配比，将补强填料、熔融功能填料、轻质填料投入行星搅拌机中，分散20-50分钟；

3)涂料调整

根据产品特点，使用溶剂调整涂料粘度或固含量，分散3-5分钟，得到烧蚀涂料产品，烧蚀涂料产品可通过喷涂、刷涂、滚涂、刮涂等施工方式在工件表面制备成指定厚度的烧蚀涂层。

3.制备如权利要求2所述熔融抗冲刷烧蚀涂料的方法，该方法中步骤3)涂料调整使用100号溶剂油调整涂料粘度为100KU，分散5分钟，分桶包装后得到烧蚀涂料产品。