CN113817351A - 一种轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子及其制备方法 - Google Patents

一种轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子及其制备方法 Download PDF

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CN113817351A CN202111190430.0A CN202111190430A CN113817351A CN 113817351 A CN113817351 A CN 113817351A CN 202111190430 A CN202111190430 A CN 202111190430A CN 113817351 A CN113817351 A CN 113817351A
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张立京
周一博
马天信
刘冰申
付辉
张海鹏
王璐
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Abstract

本发明提供了一种轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子及其制备方法,以质量份计,将环氧树脂10~20份,有机硅树脂20~40份,功能填料20~40份,固化剂10~20份和促进剂为0.1~2份混合得到。本发明能够在室温下快速固化,还具有轻质、高强度、耐烧蚀的优点,性能优良,制备和应用工艺简单,可广泛使用于多种类型弹箭船机等飞行器表面防热涂层材料的修补,还可推广应用于其他防热领域。

Description

一种轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子及其制备方法
技术领域
本发明属于火箭发动机复合材料领域,涉及一种防热修补腻子。
背景技术
固体火箭发动机防热涂层材料是一种涂覆于发动机外表面的复合材料。在火箭发动机高速飞行过程中,外表面经受强烈的气动加热作用,防热涂层在这一过程中起到隔热、耐烧蚀、抗冲刷的作用,达到降低发动机工作时的外表面温度的目的,防止发动机内部精密元件在高温下损坏。在实际生产和应用的过程中,防热涂层材料存在因运输、加工、拆卸等造成的磕碰、小面积掉落等受损现象,重新返工喷涂防热涂层材料费工费时,特别是对于已经完成内部装药的发动机,不可能铲除涂层进行返工。
市面上常用的修补材料主要用于建筑、车辆、家具等修补,属于普通修补材料,主要使用醇酸树脂、丙烯酸树脂或各类胶粉作为基体,添加大量滑石粉、水泥粉、大白粉、纤维素等混合制成,使用后能使缺陷表面平整光滑,主要起修饰外观的作用,这类材料不具备耐烧蚀、抗冲刷等防热功能,在高温气流冲刷的条件下会发生开裂、脱落、大面积脱粘等现象,无法应用于火箭发动机外防热涂层材料的修补。专利申请“快速修复防热材料及其制备方法”(公开号CN 105860828 A)所述的修复材料粘接强度高、烧蚀率低、固化速度快,但其使用的功能填料基本均不具备轻质、低热导率的特点,因而其热导率大于0.22W/(m·K),固化后密度大于1.0g/cm3
因此,研制一种能够满足火箭发动机防热要求的轻质快速室温固化修补材料十分必要。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种防热修补腻子及其制备方法,能够在室温下快速固化,还具有轻质、高强度、耐烧蚀的优点,性能优良,制备和应用工艺简单,可广泛使用于多种类型弹箭船机等飞行器表面防热涂层材料的修补,还可推广应用于其他防热领域。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,以质量份计,包含以下组份:环氧树脂10~20份,有机硅树脂20~40份,功能填料20~40份,固化剂10~20份和促进剂为0.1~2份。
本发明还包括以质量份计少于等于2份的颜填料,所述的颜填料为耐高温无机颜填料。
所述的环氧树脂为缩水甘油胺环氧树脂中的一种或多种任意比例组合,获得的环氧树脂其环氧值为0.7~0.9,25℃下粘度为80~120Pa·s。
所述的有机硅树脂为耐热改性有机硅树脂中的一种或多种任意比例组合,获得的环氧树脂其环氧值为0.03~0.08,25℃下粘度为20~60Pa·s。
所述的功能填料为云母粉、空心微珠、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合物,其中空心微珠以质量份计为8~15份,其余组份比例任意调节;所述的云母粉粒径为100~200目;所述的空心微珠为无机材质,粒径为300~400目。
所述的固化剂为改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺中的一种或多种任意比例组合;所述的改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺均为液体,胺值均为200~400mg KOH/g,25℃下粘度均为20~60Pa·s。
所述的促进剂为DMP-30。
本发明还提供所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子的制备方法,包括以下步骤:
(1)将云母粉、空心微珠、聚磷酸铵和三氧化二铝粉在(80±5)℃下烘干5~8h,称取空心微珠8~15质量份密封待用,云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉称取后密封待用;
(2)将环氧树脂10~20质量份和有机硅树脂20~40质量份混合,低速搅拌均匀后密封待用;
(3)将云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉加入步骤(2)的混合物中,混合均匀后将空心微珠加入其中,混合均匀后密封存放;
(4)将改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺中的一种或多种任意比例进行混合,搅拌均匀后作为固化剂,称量10~20份密封待用;
(5)称量1~2份DMP-30,加入固化剂中,低速搅拌均匀后密封存放;
(6)将步骤(3)与步骤(5)的混合物混合均匀,即制得轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子。
所述的步骤(2)之前将颜填料机械粉碎并用80目滤网进行过滤,在(80±5)℃下烘干5~8h,称取不大于2质量份密封待用;将云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合搅拌均匀后加入颜填料继续混合搅拌10min,至颜色均一,加入步骤(2)的混合物中,执行步骤(3)。
所述的低速搅拌速度不大于500r/min。
本发明的有益效果是:
(1)本发明提供的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,采用的环氧树脂体系起到成膜和增加粘接强度的作用,应用于高速飞行的火箭发动机外表面防热涂层材料修补时,修补处不会因震动、气流冲刷的作用而出现脱落等现象。
(2)本发明提供的防热修补腻子,还采用有机硅树脂作为成膜剂之一,提高了修补腻子的耐热性,能够承受较高的使用温度,是普通建筑、家具、汽车面漆等行业修补材料所不具备的功能。
(3)本发明提供的防热修补腻子,选用了具有抗烧蚀和耐热性能的功能填料和颜填料,通过与环氧树脂和有机硅树脂复配使用,在经受强烈的气动冲刷作用时,起到增强、阻燃、耐烧蚀、抗冲刷的作用。
(4)本发明提供的防热修补腻子,选用的功能填料中,空心微珠具有轻质、隔热的特点,应用于大型火箭发动机防热涂层修补时具有十分重要的意义,不会增加其无效负重,并且作为火箭发动机防热修补腻子使用时,在降低体系密度和热导率的同时,也起到增强、耐烧蚀的作用。
(5)本发明提供的防热修补腻子,固化剂所选用的改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺,具备良好的耐热性能,与环氧树脂、环氧有机硅树脂的反应在室温下即可进行,固化物韧性较好,使修补腻子兼具较高的粘接强度和较好的韧性。
(6)本发明提供的防热修补腻子,使用DMP-30作为促进剂,是环氧树脂体系通用型路易斯碱催化剂,能够加快室温反应速度,缩短施工时间,提高修补效率。主要性能如表1。
表1防热修补腻子材料性能测试标准及测试结果
Figure BDA0003300733030000031
Figure BDA0003300733030000041
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供一种轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,以及这种修补腻子的制备和应用方法。该防热修补腻子主要包含以下组份(以质量份计):环氧树脂10~20份,有机硅树脂20~40份,功能填料20~40份和颜填料0~2份,固化剂为10~20份,促进剂为0.1~2份。
所述的环氧树脂为缩水甘油胺环氧树脂中的一种或多种任意比例组合,组合后的环氧树脂其环氧值为0.7~0.9,粘度(25℃)为80Pa·s~120Pa·s,主要作用为成膜和增加粘接强度。
所述的有机硅树脂为耐热改性有机硅树脂中的一种或多种任意比例组合,组合后的环氧树脂其环氧值为0.03~0.08,粘度(25℃)为20Pa·s~60Pa·s主要作用为成膜和耐热。
所述的功能填料为云母粉、空心微珠、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合物,主要作用为增强、阻燃、耐烧蚀、抗冲刷、耐热隔热和降低密度。其中空心微珠8~15份,其余组份比例可任意调节。
所述的云母粉粒径为100~200目。
所述的空心微珠为无机材质,粒径为300~400目。
所述的颜填料为耐高温无机颜填料,主要作用为耐热和成色,种类和颜色根据需要进行选择。
所述的固化剂为改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺中的一种或多种任意比例组合,主要作用为固化、耐热和增韧。
所述的改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺均为液体,胺值均为200mg KOH/g~400mgKOH/g,粘度(25℃)均为20Pa·s~60Pa·s。
所述的促进剂为市售DMP-30,主要作用为固化,增加固化程度,缩短固化时间。
所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子制备方法包括以下步骤:
(1)将所有功能填料在(80±5)℃下烘干5~8h,称取空心微珠8~15份密封待用,其余组份按比例称取后密封待用;
(2)将颜填料机械粉碎并用80目滤网进行过滤,确保无结块或较大颗粒,在(80±5)℃下烘干5~8h,称取0~2份密封待用;
(3)将环氧树脂10~20份和有机硅树脂20~40份混合,低速搅拌10min,密封待用;
(4)将步骤(1)功能填料中的云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合搅拌均匀后加入步骤(2)中颜填料继续混合搅拌10min,至颜色均一;
(5)将步骤(4)的最终混合物加入步骤(3)的混合物中,采用捏合机混合搅拌20min后,将步骤(1)中称量好的空心微珠加入其中,继续混合搅拌5min,取出密封存放;
(6)将改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺中的一种或多种任意比例进行混合,搅拌均匀后作为固化剂,称量10~20份密封待用;
(7)称量1~2份DMP-30,加入步骤(6)固化剂中,低速搅拌10min,密封存放;
(8)将步骤(5)混合物与步骤(7)混合物进行混合搅拌10min至颜色均一,即制得轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,将其密封待用,混合后的修补腻子使用时间不得超过2h。
所述的低速搅拌指搅拌速度不大于500r/min。
本发明实施例提供的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,由环氧树脂、有机硅树脂、功能填料、颜填料、固化剂和促进剂混合组成。
本发明实施例提供的修补腻子,环氧树脂和有机硅树脂在修补材料中起到成膜作用,其中所述的环氧树脂为缩水甘油胺环氧树脂中的一种或多种任意比例组合,组合后环氧值为0.7~0.9,粘度(25℃)为80Pa·s~120Pa·s,所述的有机硅树脂为耐热改性有机硅树脂中的一种或多种任意比例组合,组合后环氧值为0.03~0.08,粘度(25℃)为20Pa·s~60Pa·s,两者还能起到增加粘接强度和耐热的作用。
本发明实施例提供的修补腻子,功能填料主要包括轻质隔热填料无机空心微珠、耐烧蚀阻燃抗冲刷填料云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉,几种材料复配混合使用,能够起到降低修补腻子密度、增加粘接强度、提高耐烧蚀性和抗冲刷性的功能。
本发明实施例提供的修补腻子,颜填料为无机颜填料,除了能够为修补腻子染色以与相应的防热涂层颜色匹配以外,还具有耐烧蚀、抗冲刷的作用。
本发明实施例提供的修补腻子,固化剂为液体改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺,其胺值均为200mg KOH/g~400mg KOH/g,粘度(25℃)均为20Pa·s~60Pa·s,选取其中的一种或多种任意比例组合,主要起到固化作用,同时这几类固化剂与环氧树脂和有机硅树脂反应后,其固化物具有耐热、耐烧蚀、抗冲刷的特点。
本发明实施例提供的修补腻子,促进剂为市售DMP-30,是一种比较常用的环氧树脂促进剂,起到增加固化程度、缩短固化时间的作用。
本发明实施例提供的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,组份和配方见表2。
表2轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子组份和配方。
Figure BDA0003300733030000061
实施例1
表3实施例1的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子组份配方。
序号 成分 配比(以质量计) 生产商
1 缩水甘油胺环氧树脂 15 湖北珍正峰新材料有限公司
2 耐热改性有机硅树脂 40 大连市轻化工研究所
3 云母粉 12 灵寿县宝丰云母加工有限公司
4 聚磷酸铵 4.6 广州浩宇国际贸易有限公司
5 三氧化二铝粉 4.6 南京米兆化工有限公司
6 空心微珠 10 圣恒矿产品加工厂
7 氧化铁红 0.6 圣恒矿产品加工厂
8 改性芳香胺树脂 4.3 长沙化工研究所
9 聚酰胺树脂 5.9 广州市三昌化工有限公司
10 酚醛胺树脂 3 无锡长干化工有限公司
11 DMP-30 1 广州亿辉盛化工有限公司
轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子各组份及配比按照表3所示,制备方法包括以下步骤:
(1)将云母粉、聚磷酸铵、三氧化二铝粉和空心微珠在(80±5)℃下烘干5~8h,称取空心微珠10份密封待用,其余组份按表3配比称取后密封待用;
(2)将氧化铁红机械粉碎并用80目滤网过滤,确保无结块或较大颗粒,在(80±5)℃下烘干5~8h,称取0.6份密封待用;
(3)将缩水甘油胺环氧树脂15份和耐热改性有机硅树脂40份混合,低速搅拌10min,密封待用;
(4)将步骤(1)功能填料中的云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合搅拌均匀后加入步骤(2)中氧化铁红继续混合搅拌10min,至颜色均一;
(5)将步骤(4)的最终混合物加入步骤(3)的混合物中,采用捏合机混合搅拌20min后,将步骤(1)中称量好的空心微珠加入其中,继续混合搅拌5min,取出密封存放;
(6)称量改性芳香胺树脂4.3份、聚酰胺树脂5.9份和酚醛胺树脂3份进行混合,搅拌均匀后作为固化剂,密封待用;
(7)称量1份DMP-30,加入步骤(6)固化剂中,低速搅拌10min,密封存放;
(8)将步骤(5)混合物与步骤(7)混合物进行混合搅拌10min至颜色均一,即制得轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,将其密封待用,混合后的修补腻子使用时间不得超过2h。
所述的低速搅拌指搅拌速度不大于500r/min。
表4实施例1的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子固化性能。
测试项目 测试结果
表干时间 20min
实干时间 6h
固化时间 24h
硬度(HA) 92
实施例2
表5实施例2的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子组份配方。
Figure BDA0003300733030000071
Figure BDA0003300733030000081
轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子各组份及配比按照表5所示,制备方法包括以下步骤:
(1)将云母粉、聚磷酸铵、三氧化二铝粉和空心微珠在(80±5)℃下烘干5~8h,称取空心微珠8份密封待用,其余组份按表5配比称取后密封待用;
(2)将氧化铁红机械粉碎并用80目滤网过滤,确保无结块或较大颗粒,在(80±5)℃下烘干5~8h,称取0.12份密封待用;
(3)将缩水甘油胺环氧树脂10份和耐热改性有机硅树脂20份混合,低速搅拌10min,密封待用;
(4)将步骤(1)功能填料中的云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合搅拌均匀后加入步骤(2)中氧化铁红继续混合搅拌10min,至颜色均一;
(5)将步骤(4)的最终混合物加入步骤(3)的混合物中,采用捏合机混合搅拌20min后,将步骤(1)中称量好的空心微珠加入其中,继续混合搅拌5min,取出密封存放;
(6)称量改性芳香胺树脂2.3份、聚酰胺树脂6.2份和酚醛胺树脂1.5份进行混合,搅拌均匀后作为固化剂,密封待用;
(7)称量0.2份DMP-30,加入步骤(6)固化剂中,低速搅拌10min,密封存放;
(8)将步骤(5)混合物与步骤(7)混合物进行混合搅拌10min至颜色均一,即制得轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,将其密封待用,混合后的修补腻子使用时间不得超过2h。
所述的低速搅拌指搅拌速度不大于500r/min。
表6实施例2的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子固化性能。
测试项目 测试结果
表干时间 16min
实干时间 6h
固化时间 24h
硬度(HA) 89
实施例3
表7实施例3的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子组份配方。
序号 成分 配比(以质量计) 生产商
1 缩水甘油胺环氧树脂 19 湖北珍正峰新材料有限公司
2 耐热改性有机硅树脂 36 大连市轻化工研究所
3 云母粉 20 灵寿县宝丰云母加工有限公司
4 聚磷酸铵 3.6 广州浩宇国际贸易有限公司
5 三氧化二铝粉 3.6 南京米兆化工有限公司
6 空心微珠 13 圣恒矿产品加工厂
7 氧化铁红 0.6 圣恒矿产品加工厂
8 改性芳香胺树脂 4.3 长沙化工研究所
9 聚酰胺树脂 5.9 广州市三昌化工有限公司
10 酚醛胺树脂 3 无锡长干化工有限公司
11 DMP-30 1 广州亿辉盛化工有限公司
轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子各组份及配比按照表7所示,制备方法包括以下步骤:
(1)将云母粉、聚磷酸铵、三氧化二铝粉和空心微珠在(80±5)℃下烘干5~8h,称取(2)空心微珠13份密封待用,其余组份按表7配比称取后密封待用;
将氧化铁红机械粉碎并用80目滤网过滤,确保无结块或较大颗粒,在(80±5)℃下烘干5~8h,称取0.6份密封待用;
(3)将缩水甘油胺环氧树脂19份和耐热改性有机硅树脂36份混合,低速搅拌10min,密封待用;
(4)将步骤(1)功能填料中的云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合搅拌均匀后加入步骤(2)中氧化铁红继续混合搅拌10min,至颜色均一;
(5)将步骤(4)的最终混合物加入步骤(3)的混合物中,采用捏合机混合搅拌20min后,将步骤(1)中称量好的空心微珠加入其中,继续混合搅拌5min,取出密封存放;
(6)称量改性芳香胺树脂4.3份、聚酰胺树脂5.9份和酚醛胺树脂3份进行混合,搅拌均匀后作为固化剂,密封待用;
(7)称量1份DMP-30,加入步骤(6)固化剂中,低速搅拌10min,密封存放;
(8)将步骤(5)混合物与步骤(7)混合物进行混合搅拌10min至颜色均一,即制得轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,将其密封待用,混合后的修补腻子使用时间不得超过2h。
所述的低速搅拌指搅拌速度不大于500r/min。
表8实施例3的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子固化性能。
测试项目 测试结果
表干时间 22min
实干时间 6h
固化时间 24h
硬度(HA) 95

Claims (10)

1.一种轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,其特征在于,以质量份计,包含以下组份:环氧树脂10~20份,有机硅树脂20~40份,功能填料20~40份,固化剂10~20份和促进剂为0.1~2份。
2.根据权利要求1所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,其特征在于,还包括以质量份计少于等于2份的颜填料,所述的颜填料为耐高温无机颜填料。
3.根据权利要求1所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,其特征在于,所述的环氧树脂为缩水甘油胺环氧树脂中的一种或多种任意比例组合,获得的环氧树脂其环氧值为0.7~0.9,25℃下粘度为80~120Pa·s。
4.根据权利要求1所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,其特征在于,所述的有机硅树脂为耐热改性有机硅树脂中的一种或多种任意比例组合,获得的环氧树脂其环氧值为0.03~0.08,25℃下粘度为20~60Pa·s。
5.根据权利要求1所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,其特征在于,所述的功能填料为云母粉、空心微珠、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合物,其中空心微珠以质量份计为8~15份,其余组份比例任意调节;所述的云母粉粒径为100~200目;所述的空心微珠为无机材质,粒径为300~400目。
6.根据权利要求1所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,其特征在于,所述的固化剂为改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺中的一种或多种任意比例组合;所述的改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺均为液体,胺值均为200~400mg KOH/g,25℃下粘度均为20~60Pa·s。
7.根据权利要求1所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子,其特征在于,所述的促进剂为DMP-30。
8.一种权利要求1所述轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将云母粉、空心微珠、聚磷酸铵和三氧化二铝粉在(80±5)℃下烘干5~8h,称取空心微珠8~15质量份密封待用,云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉称取后密封待用;
(2)将环氧树脂10~20质量份和有机硅树脂20~40质量份混合,低速搅拌均匀后密封待用;
(3)将云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉加入步骤(2)的混合物中,混合均匀后将空心微珠加入其中,混合均匀后密封存放;
(4)将改性芳香胺、聚酰胺和酚醛胺中的一种或多种任意比例进行混合,搅拌均匀后作为固化剂,称量10~20份密封待用;
(5)称量1~2份DMP-30,加入固化剂中,低速搅拌均匀后密封存放;
(6)将步骤(3)与步骤(5)的混合物混合均匀,即制得轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子。
9.根据权利要求8所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子的制备方法,其特征在于,所述的步骤(2)之前将颜填料机械粉碎并用80目滤网进行过滤,在(80±5)℃下烘干5~8h,称取不大于2质量份密封待用;将云母粉、聚磷酸铵和三氧化二铝粉混合搅拌均匀后加入颜填料继续混合搅拌10min,至颜色均一,加入步骤(2)的混合物中,执行步骤(3)。
10.根据权利要求8所述的轻质耐烧蚀室温快速固化防热修补腻子的制备方法,其特征在于,所述的低速搅拌速度不大于500r/min。
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