CN109868057A - 一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料及其制备方法与应用，属于特种涂料技术领域。涂料由下列组分按照重量份数组成：耐高温树脂80‑150份、短切纤维50‑100份、轻质填料10‑80份、补强填料10‑50份及溶剂100‑200份。制备方法包括树脂混合、填料混合及涂料调整等步骤。施工中的应用包括涂料粘度调整、高压无气喷涂设备调整及涂料喷涂施工等工序。本发明通过在烧蚀涂料配方中大量添加纤维，配套每遍喷涂厚度较厚的施工工艺，能够在一定厚度涂层内部形成纤维随机取向分布，并且形成均匀的纤维缠绕结构，能够有效的使涂层在高温的工况下固定涂层烧蚀产物，有效增强涂层表面抗烧蚀性能。

Description

一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于特种涂料领域，特别涉及一种主要通过纤维增强，具有抗高速气流冲刷的烧蚀涂料及其制备方法与应用。

背景技术

烧蚀涂料所制备成的烧蚀涂层，是保证装备、工件在高速气流冲刷条件下保持正常工作温度的可靠方法之一。烧蚀涂料对工件表面进行热防护，具有施工简便、成本较低、可靠性高等优点。随着装备技术的发展，工件表面冲刷的气流速度、表面温度不断升高，对烧蚀涂料所制备的烧蚀涂层的要求也随之不断提高。与此同时，烧蚀涂料还需要具有低密度、良好的力学性能以及优秀的储能、隔热能力。

现有的烧蚀涂料技术所制备的烧蚀涂层，在气流速度较高时，抗冲刷烧蚀能力较差，主要体现在烧蚀量较大、表面平整度较差等。其主要原因在于烧蚀涂料在配制过程中对高温工况下高速气流冲刷条件缺乏考虑、缺乏相应的配方设计，涂层表面的微观内聚力、宏观力学性能随温度升高迅速衰减，在高速气流的剪切冲刷作用力下，涂层表面被高速气流冲掉。现有烧蚀涂料技术为了提升其抗冲刷能力唯一可行的办法就是提升涂层整体厚度，从而避免涂层烧穿失效。

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在于提供一种通过大量纤维增强的烧蚀涂料配方、烧蚀涂料制备方法以及配套施工工艺，以满足工件使用要求。烧蚀涂料现有技术中通常少量添加的纤维填料，对其高温下抗冲刷能力有一定的提升。但现有技术中由于配方与配套施工工艺的限制，纤维填料添加较少，纤维填料在涂料所形成的涂层中主要以平行于涂层方向分布。发明者在实验中发现，通过配方中大量添加纤维填料，同时配套使用高压无气喷涂的施工工艺，可以形成具有良好抗冲刷的烧蚀涂料涂层。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，由下列组分按照重量份数组成：耐高温树脂80-150份、短切纤维50-100份、轻质填料10-80份、补强填料10-50份及溶剂100-200份。

进一步地，耐高温树脂选自环氧树脂、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。

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、碳纤维短切纤维、酚醛短切纤维、丁腈短切纤维、芳纶短切纤维，及以上一种或几种短切纤维的混合物，所述短切纤维选用纤维长径比2-20的短切纤维。

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、软木粉及以上一种或几种轻质填料的混合物，所述轻质填料目数选用50-325目。

进一步地，补强填料选用硅微粉、白炭黑及以上一种或两种补强填料的混合物，所述补强填料目数选用150-800目。

进一步地，溶剂选用甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、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纤维增强抗冲刷烧蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)树脂混合

按配比，依次将耐高温树脂、短切纤维、补强填料放入三辊研磨机中，混合30-60分钟，混合均匀；

2)填料混合

按配比，将溶剂、轻质填料投入行星搅拌机中，分散10-20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，分桶包装后得到烧蚀涂料产品。

本发明还提供了一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料的应用方法，包括以下步骤：

1)涂料粘度调整

根据喷涂设备及环境，使用溶剂调整涂料粘度，将添加固化剂的涂料粘度调整至150KU-300KU。

2)高压无气喷涂设备调整

调整高压无气喷涂设备，泵内压力15-25MPa，喷枪枪口直径2-4mm，涂料出口流量每分钟6-8升。

3)涂料喷涂施工

喷枪枪口距离工件表面30-60cm进行喷涂作业，可以一次喷涂至指定厚度，也可根据涂料粘度、涂层性能要求进行间歇式喷涂。间歇式喷涂每遍喷涂厚度1-5mm，间隔时间15-30分钟。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：通过在烧蚀涂料配方中大量添加纤维，配套每遍喷涂厚度较厚的施工工艺，能够在一定厚度涂层内部形成纤维随机取向分布，并且形成均匀的纤维缠绕结构，能够有效的使涂层在高温的工况下固定涂层烧蚀产物，有效增强涂层表面抗烧蚀性能。

通过本发明方法制备的烧蚀涂层与现有技术烧蚀涂层进行对比，进行动态热流实验，涂层表面气体流速3-5马赫，涂层表面温度600-1000度，涂层烧蚀量相比现有技术降低10％，实验后涂层表面平整。

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，对本发明作进一步详细说明。

实施例

一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，由下列组分按照重量份数组成：苯基改性硅橡胶树脂100份、碳纤维短切纤维100份、玻璃微珠30份、白炭黑10份和100号溶剂油150份。

其中，碳纤维短切纤维长径比为10，玻璃微珠粒度为125目，白炭黑粒度为600目。

制备方法：

1)树脂混合

按配比，依次将苯基改性硅橡胶树脂、碳纤维短切纤维、白炭黑放入三辊研磨机中，混合60分钟，混合均匀；

2)填料混合

按配比，将100号溶剂油、玻璃微珠投入行星搅拌机中，分散20分钟。

3)涂料调整

使用100号溶剂油调整涂料粘度为200KU，分散5分钟，分桶包装后得到烧蚀涂料产品。

施工中的应用：

1)涂料粘度调整

根据喷涂设备及环境，使用溶剂调整涂料粘度，将添加固化剂的涂料粘度调整至150KU。

2)高压无气喷涂设备调整

调整高压无气喷涂设备，泵内压力20MPa，喷枪枪口直径2mm，涂料出口流量每分钟6升。

3)涂料喷涂施工

喷枪枪口距离工件表面50cm进行喷涂作业，一次喷涂至5mm厚度。固化后得到烧蚀涂层。

使用该烧蚀涂料制备的烧蚀涂层性能如下：

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 (8)

1.一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，由下列组分按照重量份数组成：耐高温树脂80-150份、短切纤维50-100份、轻质填料10-80份、补强填料10-50份及溶剂100-200份。

2.如权利要求1所述的纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，其特征在于：所述耐高温树脂选自环氧树脂、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。

3.如权利要求1所述的纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，其特征在于：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、碳纤维短切纤维、酚醛短切纤维、丁腈短切纤维、芳纶短切纤维，及以上一种或几种短切纤维的混合物；所述短切纤维选用纤维长径比2-20的短切纤维。

4.如权利要求1所述的纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，其特征在于：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、软木粉及以上一种或几种轻质填料的混合物；所述轻质填料目数选用50-325目。

5.如权利要求1所述的纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，其特征在于：所述补强填料选用硅微粉、白炭黑及以上一种或两种补强填料的混合物；所述补强填料目数选用150-800目。

6.如权利要求1所述的纤维增强抗冲刷烧蚀涂料，其特征在于：所述溶剂选用甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、60-200号溶剂油及以上一种或几种溶剂的混合物。

7.如权利要求1所述纤维增强抗冲刷烧蚀涂料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)树脂混合

按配比，依次将耐高温树脂、短切纤维、补强填料放入三辊研磨机中，混合30-60分钟，混合均匀；

2)填料混合

按配比，将溶剂、轻质填料投入行星搅拌机中，分散10-20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，分桶包装后得到烧蚀涂料产品。

8.一种纤维增强抗冲刷烧蚀涂料的应用方法，包括以下步骤：

1)涂料粘度调整

根据喷涂设备及环境，使用溶剂调整涂料粘度，将添加固化剂的涂料粘度调整至150KU-300KU；

2)高压无气喷涂设备调整

调整高压无气喷涂设备，泵内压力15-25MPa，喷枪枪口直径2-4mm，涂料出口流量每分钟6-8升；

3)涂料喷涂施工

喷枪枪口距离工件表面30-60cm进行喷涂作业，可以一次喷涂至指定厚度，也可根据涂料粘度、涂层性能要求进行间歇式喷涂，间歇式喷涂每遍喷涂厚度1-5mm，间隔时间15-30分钟。