CN116812138A - 一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层及其制备方法；步骤为：向飞行器铸件表面高速喷砂，涂覆表面活性剂，形成活性连接层；按照飞行器铸件外表面剪裁氢化丁腈橡胶片，将氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，真空加热，形成耐高温缓冲层；在耐高温缓冲隔热层上涂覆胶黏剂后，剪裁热熔酚醛预浸布，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，形成热防护隔热层；在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，在飞行器铸件表面形成耐高温缓冲隔热层；通过用于飞行器的耐高温缓冲层制备方法的提出，可以在飞行器铸件表面形成具有较好的耐温性能，耐老化性能，高强度的耐高温缓冲隔热层。

Description

一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层及其制备方法
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，尤其是涉及一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层及其制备方法。
背景技术
近年来，航空航天飞行器不断快速发展，机动飞行速度也不断的提高，其所面临的飞行环境愈加恶劣。尤为突出的飞行器飞行中表明受到剧烈的空气压缩而产生数千摄氏度的高温，导致周围空气分子分解甚至电离，严重影响飞行器的稳定性，所以高超声速飞行器的热防护材料耐高温性能至关重要。目前热防护材料主要采用树脂基烧蚀防热材料，具有可靠性高、稳定性好等特点，但是随着飞行器射程要求的不断提高，传统的单层防护材料难以同时满足烧蚀防热要求，多层防护内外层易分层，易出现剥离的技术问题。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层及其制备方法，通过用于飞行器的耐高温缓冲层制备方法的提出以解决传统的单层防护材料难以同时满足烧蚀防热要求，多层防护内外层易分层，易出现剥离的技术问题。
本发明提供的一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，包括如下步骤：
向飞行器铸件表面高速喷砂，喷射后，在飞行器铸件表面涂覆表面活性剂，使得飞行器铸件表面形成活性连接层；
按照飞行器铸件外表面，剪裁氢化丁腈橡胶片，将多个氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，在真空下，加热固化后，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层；
在耐高温缓冲隔热层表面涂覆胶黏剂后，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，在耐高温缓冲隔热层表面形成热防护隔热层；
在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，在飞行器铸件表面形成耐高温缓冲隔热层。
优选地，相邻两氢化丁腈橡胶片拼接间隙为0.5-1.5mm。
优选地，表面活性剂为KH500或PC404中的至少一种；胶粘剂为有机硅改性胶粘剂。
优选地，有机硅改性胶粘剂为SL-230或S200中的至少一种。
优选地，耐高温缓冲层的厚度为0.5-2.0mm。
优选地，向飞行器铸件表面高速喷砂，具体为喷射46-50目的白刚玉砂，喷砂压力为0.5±0.1MPa。
优选地，耐高温缓冲层加热固化过程中，在70℃-80℃烘箱内持续抽真空30min-60min，真空压力为-（0.08±0.01）MPa。
优选地，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁步骤包括：
建立展开的产品模型；
根据展开的产品模型，获取产品模型各个区域的尺寸；
根据尺寸制备多种热熔酚醛预浸布模板，根据各热熔酚醛预浸布模板对热熔酚醛预浸布进行剪裁，获得多种形状的多个热熔酚醛预浸布。
优选地，热熔酚醛预浸布由酚醛树脂基体、增强纤维布、空心玻璃微珠等构成；其中酚醛树脂基体为热熔氨酚醛树脂、热熔钡酚醛树脂；增强纤维布包括混编布、石英纤维布或玻璃纤维布中的至少一种。
本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法获得的耐高温缓冲隔热层，包括在飞行器铸件表面由内向外依次敷设的活性连接层、耐高温缓冲层、热防护隔热层和水性四防漆层。
本发明提供的一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层及其制备方法与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明通过用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法的提出，通过在飞行器铸件表面表面依次制备活性连接层、耐高温缓冲层、热防护隔热层和水性四防漆，形成耐高温缓冲隔热层，具有较好的耐温性能，耐老化性能，高强度、抗撕裂性能、抗压缩永久变形性能优异、适用性强、成本低。同时，本发明飞行器铸件表面经物理处理和化学处理，双重处理，可以增强氢化丁腈橡胶与飞行器铸件的粘接效果，提高连接强度，同时，调整热熔预浸布分型设计、缠绕或铺层工艺以及固化制度等，保证产品的内外部表面质量。
2、本实施例的相邻两氢化丁腈橡胶片拼接间隙为0.5-1.5mm，有助于释放吸收固化过程中产生的残余应力，保证产品的内外部表面质量。
3、本发明通过用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法的提出，耐高温缓冲隔热层与飞行器铸件间，耐高温缓冲隔热层间无分层、脱粘现象出现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1为本发明中所述用于飞行器的耐高温缓冲隔热层步骤框图；
图 2为本发明中所述用于飞行器的耐高温缓冲隔热层结构示意图（剖视图）；
图3为本发明中实施例三的氢化丁腈橡胶片拼接图。
附图标记说明：
1、飞行器铸件；2、活性连接层；3、耐高温缓冲层；4、热防护隔热层；5、水性四防漆层。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供的一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，包括如下步骤：
S1）向飞行器铸件表面高速喷砂，喷射后，在飞行器铸件表面涂覆表面活性剂，使得飞行器铸件表面形成活性连接层；
S2）按照飞行器铸件外表面，剪裁氢化丁腈橡胶片，将多个氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，在真空下，加热固化后，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层；
S3)在耐高温缓冲隔热层表面涂覆胶黏剂后，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，在耐高温缓冲隔热层表面形成热防护隔热层；
S4)在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，在飞行器铸件表面形成耐高温缓冲隔热层。
本发明首先向飞行器铸件表面高速喷砂，对飞行器铸件表面进行物理处理，接着，在制备耐高温缓冲层前，由于橡胶表面能低，与许多材料表面难以粘接牢靠，尤其是加成型橡胶（氢化丁腈橡胶）固化时，催化剂易被某些含硫、含磷、含胺类化合物污染失效接着采用表面活性剂涂刷飞行器铸件，由此，在飞行器铸件表面涂覆表面活性剂，表面活性剂是一种含有多种活性基团，具有同时结合有机和无机组分的特点，在一定程度上起到了化学键合的作用，避免了小分子有机物的残留，可以与多种不同的材料进行化学反应的硅烷偶联溶液，对于各种不同的材料，经过表面活性剂处理后，都可以达到满意的增粘效果。
其次，采用与表面活性剂适配的胶黏剂，将多个氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，在真空下，加热固化后，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层，在真空下，通过恒温热压提高聚合物与金属间的界面粘附性，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层，氢化丁腈橡胶是由丁腈橡胶进行特殊加氢处理而得到的一种高度饱和弹性体材料，与丁腈橡胶相比，氢化丁腈橡胶中高度饱和的亚甲基链结构使其机械强度显著提升，碳碳双键数量大幅度减少后耐热、耐老化性能得到显著改善，并具有优异的耐臭氧性能、抗压缩永久变性能。氢化丁腈橡胶中仍然带有氰基，使其仍然具有丁腈类橡胶具有的耐油性能和耐化学腐蚀性能。同时氢化丁腈橡胶还具有高强度、抗撕裂性能、耐磨性能优异等特点，与氟橡胶相比，氢化丁腈橡胶的价格更为合理，生产成本较低，是一种综合性能极为出色的橡胶。本发明所述耐高温缓冲隔热层选用的氢化丁腈橡胶具有广泛的应用性以及良好的成本优势。
第三，在耐高温缓冲隔热层表面涂覆胶黏剂后，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，在耐高温缓冲隔热层表面形成热防护隔热层；热防护隔热层和耐高温缓冲层，固化成型方式，稳定性高，可靠性好。
第四，在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，具有防静电、防盐雾、防湿热、防霉菌作用。
综上所述，本发明通过用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法的提出，通过在飞行器铸件表面表面依次制备活性连接层、耐高温缓冲层、热防护隔热层和水性四防漆，形成耐高温缓冲隔热层，具有较好的耐温性能，耐老化性能，高强度、抗撕裂性能、抗压缩永久变形性能优异、适用性强、成本低。同时，本发明飞行器铸件表面经物理处理和化学处理，双重处理，可以增强氢化丁腈橡胶与飞行器铸件的粘接效果，提高连接强度，同时，调整热熔预浸布分型设计、缠绕或铺层工艺以及固化制度等，保证产品的内外部表面质量。
本发明氢化丁腈橡的厚度为0.4-0.6mm，剪裁的尺寸为150mm×150mm。
本实施例的相邻两氢化丁腈橡胶片拼接间隙为0.5-1.5mm，优选0.1mm，有助于释放吸收固化过程中产生的残余应力，保证产品的内外部表面质量。
本发明的表面活性剂为KH500或PC404中的至少一种；胶粘剂为有机硅改性胶粘剂；进一步地，有机硅改性胶粘剂为SL-230或S200中的至少一种。
在一些实施例，表面活性剂优选为KH500和PC404，KH500和PC404质量比为2:1；有机硅改性胶粘剂为SL-230和S200，SL-230和S200的质量比为2:1。
本发明的耐高温缓冲层的厚度为0.5-2.0mm。
本发明向飞行器铸件表面高速喷砂，具体为喷射46-50目的白刚玉砂，喷砂压力为0.5±0.1MPa。
本发明耐高温缓冲层加热固化过程中，在70℃-80℃烘箱内持续抽真空30min-60min，真空压力为-（0.08±0.01）MPa。
具体地，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁步骤包括：
建立展开的产品模型；
根据展开的产品模型，获取产品模型各个区域的尺寸；
根据尺寸制备多种热熔酚醛预浸布模板，根据各热熔酚醛预浸布模板对热熔酚醛预浸布进行剪裁，获得多种形状的多个热熔酚醛预浸布。
使用三维建模软件，采用产品型面展开的分型方式进行，要求分型图案与产品型面随型；对分型图案进行排版，要求合理排版，提高热熔酚醛预浸布空间利用率，降本增效。
本发明的热熔酚醛预浸布由酚醛树脂基体、增强纤维布、空心玻璃微珠等构成；其中酚醛树脂基体为热熔氨酚醛树脂、热熔钡酚醛树脂；增强纤维布包括混编布、石英纤维布或玻璃纤维布中的至少一种。
本发明中，水性四防漆层选用双组份丙烯酸聚氨酯漆，具备防静电、防盐雾、防湿热、防霉菌等多种功能。
如图2所示，本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法获得的耐高温缓冲隔热层，包括在飞行器铸件1表面由内向外依次敷设的活性连接层2、耐高温缓冲层3、热防护隔热层4和水性四防漆层5。
实施例一
101）向飞行器铸件表面高速喷砂，用46目白刚玉砂，喷砂压力为0.5±0.1MPa，整体喷砂两遍，保证铝合金铸件表面喷砂均匀，没有漏喷或者少喷的情况，喷砂处理完成后，将飞行器铸件转运至50℃的烘箱中干燥1h备用，在飞行器铸件表面涂覆表面活性剂，使得飞行器铸件表面形成活性连接层，其中，表面活性剂选用KH500，涂覆后，晾干15min；
102）按照飞行器铸件外表面，剪裁氢化丁腈橡胶片，氢化丁腈橡胶片尺寸为150mm×150mm×厚度0.5mm，使用棉纱蘸取适量无水乙醇擦拭干净后备用，将多个氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，在真空下，加热固化后，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层,胶黏剂选用有机硅改性胶粘剂，具体的为SL-230；相邻两氢化丁腈橡胶片拼接间隙为0.5mm，耐高温缓冲层加热固化过程中，在70℃烘箱内持续抽真空30min，真空压力为-0.09MPa；
103)在耐高温缓冲隔热层表面涂覆胶黏剂，胶黏剂选用有机硅改性胶黏剂，涂覆两遍，每次涂覆后，晾干10min，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，在耐高温缓冲隔热层表面形成热防护隔热层；其中，固化温度为160℃±10℃，固化时间4h-6h；
104)在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，在飞行器铸件表面形成耐高温缓冲隔热层。
获得的耐高温缓冲隔热层的物理指标：硬度：60±10 Shore A；密度：1.1+0.2g/cm3；拉伸强度：≥20MPa；对敷设有耐高温缓冲隔热层的飞行器铸件进行无损检测（CT检测），耐高温缓冲隔热层与飞行器铸件间，耐高温缓冲隔热层间无分层、脱粘现象出现。
实施例二
201）向飞行器铸件表面高速喷砂，用50目白刚玉砂，喷砂压力为0.5±0.1MPa，整体喷砂两遍，保证铝合金铸件表面喷砂均匀，没有漏喷或者少喷的情况，喷砂处理完成后，将飞行器铸件转运至50℃的烘箱中干燥1h备用，在飞行器铸件表面涂覆表面活性剂，使得飞行器铸件表面形成活性连接层，其中，表面活性剂选用PC404，涂覆后，晾干15min；
202）按照飞行器铸件外表面，剪裁氢化丁腈橡胶片，氢化丁腈橡胶片尺寸为150mm×150mm×厚度0.5mm，使用棉纱蘸取适量无水乙醇擦拭干净后备用，将多个氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，在真空下，加热固化后，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层,胶黏剂选用有机硅改性胶粘剂，具体的为S200；相邻两氢化丁腈橡胶片拼接间隙为1.5mm，耐高温缓冲层加热固化过程中，在80℃烘箱内持续抽真空60min，真空压力为-0.09MPa；
203)在耐高温缓冲隔热层表面涂覆胶黏剂，胶黏剂选用有机硅改性胶黏剂，涂覆两遍，每次涂覆后，晾干10min，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，在耐高温缓冲隔热层表面形成热防护隔热层；其中，固化温度为160℃±10℃，固化时间4h-6h；
204)在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，在飞行器铸件表面形成耐高温缓冲隔热层。
获得的耐高温缓冲隔热层的物理指标：硬度：60±10 Shore A；密度：1.1+0.2g/cm3；拉伸强度：≥20MPa；对敷设有耐高温缓冲隔热层的飞行器铸件进行无损检测（CT检测），耐高温缓冲隔热层与飞行器铸件间，耐高温缓冲隔热层间无分层、脱粘现象出现。
实施例三
301）向飞行器铸件表面高速喷砂，用46目白刚玉砂，喷砂压力为0.5±0.1MPa，整体喷砂两遍，保证铝合金铸件表面喷砂均匀，没有漏喷或者少喷的情况，喷砂处理完成后，将飞行器铸件转运至50℃的烘箱中干燥1h备用，在飞行器铸件表面涂覆表面活性剂，使得飞行器铸件表面形成活性连接层，其中，表面活性剂选用KH500和PC404复配，KH500和PC404质量比为2:1，涂覆后，晾干15min；
302）按照飞行器铸件外表面，剪裁氢化丁腈橡胶片，氢化丁腈橡胶片尺寸为150mm×150mm×厚度0.5mm，使用棉纱蘸取适量无水乙醇擦拭干净后备用，将多个氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，在真空下，加热固化后，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层,胶黏剂选用有机硅改性胶粘剂，具体的为SL-230和S200，SL-230和S200质量比为2:1；相邻两氢化丁腈橡胶片拼接间隙为1.0mm，如图3所示，耐高温缓冲层加热固化过程中，在80℃烘箱内持续抽真空60min，真空压力为-0.08MPa；
303)在耐高温缓冲隔热层表面涂覆胶黏剂，胶黏剂选用有机硅改性胶黏剂，涂覆两遍，每次涂覆后，晾干10min，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，在耐高温缓冲隔热层表面形成热防护隔热层；其中，固化温度为160℃±10℃，固化时间4h-6h；
304)在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，在飞行器铸件表面形成耐高温缓冲隔热层。
获得的耐高温缓冲隔热层的物理指标：硬度：60±10 Shore A；密度：1.1+0.2g/cm3；拉伸强度：≥20MPa；对敷设有耐高温缓冲隔热层的飞行器铸件进行无损检测（CT检测），耐高温缓冲隔热层与飞行器铸件间，耐高温缓冲隔热层间无分层、脱粘现象出现。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
向飞行器铸件表面高速喷砂，喷射后，在飞行器铸件表面涂覆表面活性剂，使得飞行器铸件表面形成活性连接层；
按照飞行器铸件外表面，剪裁氢化丁腈橡胶片，将剪裁的氢化丁腈橡胶片通过胶黏剂以拼接形式粘附于飞行器铸件表面的活性连接层上，在真空下，加热固化后，使得飞行器铸件表面的活性连接层上形成耐高温缓冲层；
在耐高温缓冲隔热层表面涂覆胶黏剂后，使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁，将剪裁的多个热熔酚醛预浸布拼接并粘结于高温缓冲隔热层表面，固化后，在耐高温缓冲隔热层表面形成热防护隔热层；
在热防护隔热层表面喷涂水性四防漆，在飞行器铸件表面形成耐高温缓冲隔热层。
2.根据权利要求1所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：相邻两氢化丁腈橡胶片拼接间隙为0.5-1.5mm。
3.根据权利要求1所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：表面活性剂为KH500或PC404中的至少一种；胶粘剂为有机硅改性胶粘剂。
4.根据权利要求3所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：有机硅改性胶粘剂为SL-230或S200中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：耐高温缓冲层的厚度为0.5-2.0mm。
6.根据权利要求1所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：向飞行器铸件表面高速喷砂，具体为喷射46-50目的白刚玉砂，喷砂压力为0.5±0.1MPa。
7.根据权利要求1所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：耐高温缓冲层加热固化过程中，在70℃-80℃烘箱内持续抽真空30min-60min，真空压力为-（0.08±0.01）MPa。
8.根据权利要求1所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：使用三维建模软件对热熔酚醛预浸布进行剪裁步骤包括：
建立展开的产品模型；
根据展开的产品模型，获取产品模型各个区域的尺寸；
根据尺寸制备多种热熔酚醛预浸布模板，根据各热熔酚醛预浸布模板对热熔酚醛预浸布进行剪裁，获得多种形状的多个热熔酚醛预浸布。
9.根据权利要求1所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法，其特征在于：热熔酚醛预浸布由酚醛树脂基体、增强纤维布、空心玻璃微珠构成；其中酚醛树脂基体为热熔氨酚醛树脂、热熔钡酚醛树脂；增强纤维布包括混编布、石英纤维布或玻璃纤维布中的至少一种。
10.一种基于如权利要求1-9中任一项所述的用于飞行器的耐高温缓冲隔热层的制备方法获得的耐高温缓冲隔热层，其特征在于：包括在飞行器铸件表面由内向外依次敷设的活性连接层、耐高温缓冲层、热防护隔热层和水性四防漆层。
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