CN114773851A - 一种适用于航天飞行器的隔热方法 - Google Patents

一种适用于航天飞行器的隔热方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于航天飞行器的隔热方法，包括：(1)将硅基外防热涂料、稀释剂、固化剂混合后搅拌均匀，得到防热胶A；将防热胶A先进行真空脱泡，然后通过模具挤出成与需防热产品的待防热面相匹配的形状，静置固化后，得到成型的防热胶，备用；(2)将硅基外防热涂料、固化剂混合后搅拌均匀，得到防热胶B；备用；(3)取需防热产品，将待防热面清理干净后，先涂刷底涂胶，然后涂刷防热胶B，最后贴上成型的防热胶，静置固化，得到具有外防热硅胶层的产品。本发明所述方法制备的外防热硅胶层一次成型、表面质量好、抗压强度高、工艺操作简单、可控性强，适用于复杂结构防热处理，且可提前制作固化件预备库存，实现可计划性生产。

Description

一种适用于航天飞行器的隔热方法
技术领域
本发明属于特种涂层材料工艺技术领域，具体涉及一种适用于航天飞行器的隔热方法。
背景技术
在我国，硅橡胶喷涂技术主要应用于汽车、电子、机械行业，近年来，该技术还成功应用于弹药行业和航天领域，尤其是航天固体发动机外表面的喷涂作业。随着航天技术的高速发展，航天和航空行业对涂料的使用性能要求越来越高，高速长时间巡航飞行过程中，飞行器外表面将会持续暴露在严酷的气动热环境中，为了降低飞行器在服役过程中外界高温环境对产品内部件的热气流冲击和高温损伤，保障产品正常工作，有效提高部件的使用寿命和安全性，必须在飞行器表面涂覆防热材料进行外防护，此外还要求有优异的附着力和缓冲性能。
液体喷涂硅胶是其中一种，它不仅具有硅胶涂料以上的优异性能，还具有较好的缓冲作用和优秀的附着力。但是目前硅胶喷涂的工艺性较差，液体喷涂硅胶在成型后，采用常规的喷涂工艺施工时存在层间结合力较差的缺点，需进行多次重复涂覆覆盖以达到厚度要求，而为了使涂层外观均匀、符合涂层性能，需进行多次涂覆工艺，即一次涂覆后需要表干，再进行下一次涂覆，最终使涂覆厚度达到规定要求，涂覆环境温湿度、涂料组分配比、单道次涂覆厚度、单道次涂覆间隔等工艺参数对涂层的质量均有一定影响，且表面外观粗糙呈沙粒状，极易出现凹凸状，工艺操作强度较大。目前，制备上述绝热硅橡胶涂层的工艺研究较少，对特殊结构使用喷涂工艺存在困难，可控性得不到保障，涂层的质量也不能保证。
因此，找到一种适用于航天、军工结构的防热层制作工艺方法具有重要的意义，如何制成抗压强度高、可控性强、外观良好的防热硅胶层是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于航天飞行器的隔热方法，所述方法通过对胶液配制工艺进行优化、改变成型方式以及引入工装治具等措施，使得最终制备的外防热硅胶层表面质量好、抗压强度高、工艺操作简单、可控性强，可实现提前备库，方便计划生产的实施。
为实现本发明的上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于航天飞行器的隔热方法，包括如下步骤：
(1)将硅基外防热涂料、稀释剂、固化剂混合后搅拌均匀，得到防热胶A；将防热胶A先进行真空脱泡，然后通过模具挤出成与需防热产品的待防热面相匹配的形状，静置固化后，得到成型的防热胶，备用；
(2)将硅基外防热涂料、固化剂混合后搅拌均匀，得到防热胶B；备用；
(3)取需防热产品，将待防热面清理干净后，先涂刷底涂胶，然后涂刷防热胶B，最后贴上成型的防热胶，静置固化，得到具有外防热硅胶层的产品。
优选的，步骤(1)中，所述硅基外防热涂料为RTV(室温硫化型硅基胶)，所述稀释剂为MDT型硅油、二甲基硅油等，所述固化剂为正硅酸乙酯、二丁基二月硅酸锌等。
优选的，步骤(1)中，硅基外防热涂料、稀释剂、固化剂之间的质量比为100:8-12:2.5-3。当稀释剂的比例低于该范围值时，涂料流动性差，影响涂料成型效果或出现气孔,而高于该范围值时，影响硅基外防热涂料成型密度，且成型时间较长。另外，硅基外防热涂料长期放置会导致局部沉淀，使用前需搅拌均匀。
优选的，步骤(1)中，采用实验室分散机进行所述搅拌，搅拌速度为500-1000r/min，搅拌时间5-10min。
优选的，步骤(1)中，所述真空脱泡的时间为6-8min。
优选的，步骤(1)中，将真空脱泡的防热胶A在10min内填充模具。本发明基于产品防热面形状而制备相应的形状，然后可经过裁剪得到相应尺寸的防热保护层，对于防热面处于复杂曲面、斜面、截面较小的筋/肋等应采用治具挤压来辅助成型。
优选的，步骤(1)中，所述静置固化为：先在温度为50-70℃，湿度为50-70RH％条件下静置固化24h，然后在温度为10-35℃，湿度为40-70RH％条件下静置固化3-7天。以上设定范围是本发明工艺的硅基胶涂料最佳成型条件。
优选的，步骤(2)中，硅基外防热涂料与固化剂之间的质量比为100:5-8。
优选的，步骤(3)中，所述底涂胶是一类以氯盯丁腈、丁基硅橡胶、聚硫等合成橡胶或天然橡胶为主体材料配置的胶粘剂，如313底涂胶、413底涂胶等，所述静置固化时间为4h以上。
本发明的有益效果为：
本发明所述方法制备的外防热硅胶层一次成型、表面质量好、抗压强度高、工艺操作简单、可控性强，解决了现有技术外防热硅胶层喷涂制备工艺需进行多次重复涂覆防热涂料，涂层质量不稳定，表面不平整以及复杂结构防热层难喷涂的问题，且可提前制作固化件预备库存，实现可计划性生产。
附图说明
图1为现有外防热硅胶层喷涂制备工艺流程；
图2为本发明外防热硅胶层制备工艺流程；
图3为实施例1-6中需防热产品示意图；
图4为本发明实施例1外防热硅胶层产品示意图，其中，1-产品；2-外防热硅胶层；
图5为基于图3产品使用现有技术喷涂防热层效果；
图6为实施例4中成型的防热产品示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种如图3所示产品(黑色外框部分为待防热区域)的隔热方法，包括如下步骤：
(S1)搅拌：取硅基外防热涂料RTV(室温硫化型硅基胶)预搅拌，搅拌速度1000r/min，搅拌时间8min；
(S2)称量配制：采用电子天平(精度不低于0.01g)，称取200g外防热涂料RTV、20g二甲基硅油以及6g正硅酸乙酯置于干净容器中；
(S3)混胶：采用实验室分散机以1000r/min快速搅拌8min，得到防热胶A；
(S4)抽真空：采用真空机对防热胶A进行抽真空处理，抽真空时间为6min，得到抽真空的防热胶A；
(S5)浇灌成型：将抽真空的防热胶A均匀倒入相应平面模具型腔，刮除表面残余气泡后合模，合模确保模内物料填充充分，填充时间9min；
(S6)固化：采用烘箱设置温度70℃,湿度50RH％固化24h，然后在温度30℃，湿度60RH％条件下静置固化7天，得到防热胶片；
(S7)贴片：取防热胶片，按照图3产品待防热面形状裁剪相应尺寸的防热胶片；将外防热涂料RTV、正硅酸乙酯按质量比100:8混合后搅拌均匀，得到防热胶B；将产品待防热面清理干净后，先涂刷313底涂胶，然后涂刷一层0.1mm厚度的防热胶B在产品表面，最后贴上裁剪好的防热胶片，静置固化4h，得到具有外防热硅胶层的产品。见图2、图4。
实施例2
本实施例提供一种如图3所示产品(黑色外框部分为待防热区域)的隔热方法，包括如下步骤：
(S1)搅拌：取硅基外防热涂料RTV(室温硫化型硅基胶)预搅拌，搅拌速度500r/min，搅拌时间10min；
(S2)称量配制：采用电子天平(精度不低于0.01g)称取200g外防热涂料RTV、16gMDT型硅油以及5g二丁基二月硅酸锌置于干净容器中；
(S3)混胶：采用实验室分散机以500r/min快速搅拌10min，得到防热胶A；
(S4)抽真空：采用真空机对防热胶A进行抽真空处理，抽真空时间为8min，得到抽真空的防热胶A；
(S5)浇灌成型：将抽真空的防热胶A均匀倒入相应平面模具型腔，刮除表面残余气泡后合模，合模确保模内物料填充充分，填充时间9min；
(S6)固化：采用烘箱设置温度50℃,湿度70RH％固化24h，然后在温度35℃，湿度40RH％条件下静置固化3天，得到防热胶片；
(S7)贴片：取防热胶片，按照图3产品待防热面形状裁剪相应尺寸的防热胶片；另将外防热涂料RTV、二丁基二月硅酸锌按质量比100:5混合后搅拌均匀，得到防热胶B；将产品待防热面清理干净后，先涂刷313底涂胶，然后涂刷一层0.1mm厚度的防热胶B在产品表面，最后贴上裁剪好的防热胶片，静置固化4h，得到具有外防热硅胶层的产品。
实施例3
本实施例提供一种如图3所示产品(黑色外框部分为待防热区域)的隔热方法，包括如下步骤：
(S1)搅拌：取硅基外防热涂料RTV(室温硫化型硅基胶)预搅拌，搅拌速度1000r/min，搅拌时间10min；
(S2)称量配制：采用电子天平(精度不低于0.01g)称取200g外防热涂料RTV、24g二甲基硅油以及6g正硅酸乙酯置于干净容器中；
(S3)混胶：采用实验室分散机以1000r/min快速搅拌5min，得到防热胶A；
(S4)抽真空：采用真空机对防热胶A进行抽真空处理，抽真空时间为8min，得到抽真空的防热胶A；
(S5)浇灌成型：将抽真空的防热胶A均匀倒入相应平面模具型腔，刮除表面残余气泡后合模，合模确保模内物料填充充分，填充时间9min；
(S6)固化：采用烘箱设置温度50℃,湿度70RH％固化24h，然后在温度10℃，湿度70RH％条件下静置固化5天，得到防热胶片；
(S7)贴片：取防热胶片，按照图3产品待防热面形状裁剪相应尺寸的防热胶片；另将外防热涂料RTV、正硅酸乙酯按质量比100:8混合后搅拌均匀，得到防热胶B；将产品待防热面清理干净后，先涂刷413底涂胶，然后涂刷一层0.1mm厚度的防热胶B在产品表面，最后贴上裁剪好的防热胶片，静置固化4h，得到具有外防热硅胶层的产品。
实施例4
与实施例1的区别仅在于步骤(S2)中，二甲基硅油的添加比例不同，具体的，本实施例中，外防热涂料RTV、二甲基硅油以及正硅酸乙酯之间的质量比为100:5:3。
实施例5
与实施例1的区别仅在于步骤(S2)中，二甲基硅油的添加比例不同，具体的，本实施例中，外防热涂料RTV、二甲基硅油以及正硅酸乙酯之间的质量比为100:15:3。
对比例
本对比例按实施例1步骤S1的方法制备防热胶A以后，采用现有常规喷涂工艺制备外防热硅胶层。
实施例4固化较快，但成型后的外形与试样外形不完全相符(如图6)，实施例5在7天后仍然未完全固化，固化时间延长至10天后可以完全固化。
取各实施例完全固化后的样品，按照GB/T 533-2008测试材料的密度、按照GB/T531.1-2008测试材料的硬度，以及材料的其他力学性能，见表1：
表1：成型产品的测量数据表
Figure BDA0003578416610000071
图5是基于图3产品使用现有技术喷涂防热层效果，即对比例制备得到的外防热硅胶层效果。可以看出，与该技术相比，本发明制备的外防热硅胶层表面更平整，制备过程可控性强，操作更简便，且节省喷涂过程造成挥洒及多余部分的涂料成本，并且提升了质量。除此以外，本发明方法可实现提前预备库存，方便生产计划的实施。
本发明方法基于产品防热面形状而裁剪相应的形状，对于防热面处于复杂曲面、斜面、防热面面较小的筋/肋等通过采用额外治具辅助挤压成型，同样适用本发明方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将硅基外防热涂料、稀释剂、固化剂混合后搅拌均匀，得到防热胶A；将防热胶A先进行真空脱泡，然后通过模具挤出成与需防热产品的待防热面相匹配的形状，静置固化后，得到成型的防热胶，备用；
(2)将硅基外防热涂料、固化剂混合后搅拌均匀，得到防热胶B；备用；
(3)取需防热产品，将待防热面清理干净后，先涂刷底涂胶，然后涂刷防热胶B，最后贴上成型的防热胶，静置固化，得到具有外防热硅胶层的产品。
2.根据权利要求1所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅基外防热涂料为室温硫化型硅基胶，所述稀释剂为MDT型硅油或二甲基硅油，所述固化剂为正硅酸乙酯或二丁基二月硅酸锌。
3.根据权利要求1或2所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(1)中，硅基外防热涂料、稀释剂、固化剂之间的质量比为100:8-12:2.5-3。
4.根据权利要求1所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(1)中，采用实验室分散机进行所述搅拌，搅拌速度为500-1000r/min，搅拌时间5-10min。
5.根据权利要求1所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(1)中，所述真空脱泡的时间为6-8min。
6.根据权利要求1所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(1)中，将真空脱泡的防热胶A在10min内填充模具。
7.根据权利要求1所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(1)中，所述静置固化为：先在温度为50-70℃，湿度为50-70RH％条件下静置固化24h，然后在温度为10-35℃，湿度为40-70RH％条件下静置固化3-7天。
8.根据权利要求1或2所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(2)中，硅基外防热涂料与固化剂之间的质量比为100:5-8。
9.根据权利要求1所述的适用于航天飞行器的隔热方法，其特征在于，步骤(3)中，所述底涂胶为313底涂胶或413底涂胶，所述静置固化时间为4h以上。
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