DE1531557A1 - Verfahren zum Schutz der Oberflaechen von Raumfahrzeugen - Google Patents

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fahren anhaftenden Naqhteile sind die damit verbundenen übermäßigen Kosten, aufgrund der langen für die Durchführung der Maßnahme erforderlichen Zeit, der steigende Arbeitsaufwand und die hierzu erforderlichen kostspieligen Einrichtungen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher sogenannte Ablativ-Überzüge für den Einsatz bei Temperaturen oberhalb von I65O⁰ C, die auf einfache und bequeme Weise auf die entsprechenden Oberflächen aufgebracht werden, ohne die Kostensteigerungen, die notwendigerweise mit den bisher bekannten Methoden verbunden waren. Darüber hinaus können die erfindungsgemäß erhältlichen Überzüge im Gegensatz zu den bekannten Methoden leicht wieder abgeschliffen werden, d. h., die verkohlten Rückstände ces ursprünglichen Ablativ-Überzugs können mit üblichen Mitteln auf einfache Weise entfernt werden und eine neue Beschichtung aus unverbrauchtem Material kann leicht über den restlichen Anteil des ursprünglichen Materi- { ,als aufgetragen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schutz der Oberflächen von Raumfahrzeugen gegen die erodierende Wirkung von Gasen bei Temperaturen oberhalb von I65O⁰ C, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen mit einer Zusammensetzung aus

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(A) 1,00 Gew. rT&il&n: Or^itnapolysiloxanen im Form? zu Elastomeren,härtbaren Formmasse*,

(Bl 1Ώ" btiSi 170 G6w> ,-Tfeiifen: S 1IiAiHtBeArMd ■, undl

(C) 10 blfc 10© Gew,-Te-ilan Slüoliimdioxiäi von: de» mindestens Ζ-. Gew, -TiRiIe Uv Fa-serforin: vorllegpn,

, beschichtet werden.

Unter den bei dem erfitidtingsgemäöen Verfahren verwendbaren zu Elastomeren härtbaren Organöpolysiloxanen (A) sind bekannte handelsübliche z-u Elastomeren härtbare Formmassen zu verstehen. Organopolysiloxanelastomere auf Grundlage von Polymeren der allgemeinen Formel [RpSlol: worin R einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoff rest bedeutet, genügen daher den Anforderungen. Beispiele für Reste R sind Methyl-, Vinyl-, Phenyl - und y_sy,3-Triflüorpropylreste.

Die erfindungsgeraäß verwendbaren zu Elastomeren härtbaren Organopolysiloxane können sowohl hitzehärtbar, als auch bei Raumtemperatur härtbar sein und mit den jeweils geeigneten Härtungsmitteln in bekannter Weise gehärtet werden. So kann die Härtung beispielsweise durch Verwendung von organischen

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Peroxiden, wie Benzoylperokid", tert. Butylperbenzoat, ditert. Butylperoxid, Dichlorbenzoylperoxid und Dicumylperoxid bewirkt werden.

Die Härtung kann jedoch auch dadurch erreicht werden, daß der Überzug einer elektromagnetischen Strahlung oder Elektronenbestrahlung ausgesetzt wird oder mit Hilfe der sogenannten bei Raumtemperatur härtenden Systeme. Die bei Raumtemperatur härtenden Systeme können in drei Hauptgruppen eingeordnet werden, in solche, die 1. Kieselsäurealkylester und geeignete Katalysatoren, 2. Si-H-Verbindungen und Verbindungen mit Sigebundenen Vinylrestei in Gegenwart von Platinkatalysatoren eingearbeitet enthalten und 3, aus den sogenannten Einkomponentenmassen bestehen, worin die Moleküle eine Vielzahl von hydrolysierbaren Gruppen, wie Acetoxy- oder Oximgruppen enthalten, die bei Zutritt von Luftfeuchtigkeit unter wirksamer Härtung der Siloxane reagieren.

Im erfindungsgemäßen Sinne wirksam sind daher Elastomere , die in den folgenden Patentschriften beschrieben sind: kanadische Patente 547-193; 525-575* 523-956; 504.451; 536.444} 527.605; 565.245; 563-994; 563-971; 556.942; 559-625; 555-273; 575.687;. 538.973; 653-711; 623.322; 559.241; 642.837; 597-870; 722.182}

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675·168; 586.871; und U.S.-Patente 2.811.408; 2.833.742 und 2.927·907* ebenso wie zahlreiche andere.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß für das erfindungsgemSßeVerfahren die bei Raumtemperatur zu Elastomeren härtbaren Organopolysiloxane besonders geeignet sind, da diese auf ein-ψ fache Weise aufgetragen und auf der Oberfläche des Raumfahrzeugs mit einem Minimum an Zeit, Arbelt und Kosten gehärtet werden können.

Es wurde festgestellt, daß eine bei Raumtemperatur zu Elastomeren härtbare Formmasse gemäß der U.S.-Patentschrift 3.268.359 optimale Ablativ-Eigenschaften liefert und eine Vielzahl der gewünschten Vorteile in sich vexlnlgt.

Vorzugsweise können die erfindungsgemäß verwendbaren zu Elastomeren härtbaren Organopolysiloxane auch andere Füllstoffe enthalten, die die Stabilisierung der Zusammensetzung unterstützen. Unter diesen zusätzlichen Füllstoffen seien Diatomeenerde, Quarznehl und Silikate, wie Aluminium·11ikat, AIuminium-magnesiuesilikat. Ton und Zirkoniumsilikat und Metalloxide, wie Titandioxid, Ferrioxid genannt. Daraus wird deutlich, daß die anderen Füllstoffe, die erfindungsgemäß verwen-

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Teilen des gepulverten Siliciumcarbids die relative Verbesserung der Ablativ-Eigenschaften des Überzugs dementsprechend unsignifikant wird und bei einer zu großen Menge an Siliciumcarbid kann schließlich die Konsistenz des Überzugs zerstört werden. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn etwa 100 Gew.-Teile Siliciumcarbid auf 100 Gew.-Teile der Organo-P polysiloxane in dem zu Elastomeren härtbaren Material eingesetzt werden; diese Menge ist daher besonders bevorzugt.

Die genaue Wirkungsweise des Siliciumcarbids in der erfindungsgemäß hergestellten Beschichtung ist nicht bekannt, es wird jedoch angenommen, daß durch den Einfluß des Siliciumcarbids die Schmelzviskosität der Ablativ-Beschlchtung beträchtlich ansteigt, wodurch diese während des Fluges des Raumfahrzeugs vorzugsweise dazu neigt, auf der Raumfahrzeugoberfläche festzuhaften, was zur Folge hat, daß diese Oberfläche gegen die hohen Temperaturen und Treibgase geschützt wird.

Die Menge an Siliciumdioxid (C), die zur Verbesserung der Ablativ-Eigenschaften des Überzugs erforderlich ist, ist ebenfalls in dem angegebenen Bereich von entscheidender Bedeutung.

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Obwohl 10 bis 100 Gew.-Teile hiervon, wovon mindestens 2 Gew.-Teile in Faserform vorliegen, auf jeweils 100 Gew.-Teile der Organopolysiloxane in dem zu Elastomeren härtbaren Material ausreichend sind, wurde festgestellt, daß mit etwa 30 Gew.-Teilen Siliciumdioxid, von dem mindestens 2 Gew.-Teile in Faserform vorliegen, optimale Ablativ-Eigenschaften erzielt werden; diese Menge ist daher besonders bevorzugt. "

Die Größe der Siliciumdioxidfasern kann im Längenbereich von 0,32 cm bis 2,5^ om liegen, vorzugsweise sind sie etwa 0,64 cm lang. Die Siliciumdioxidfasern orientieren sich selbst in verstreuter Form durch den Überzug und neigen dazu, die sich bildenden verkohlten Rückstände auf dem unverbrauchten Material zu verankern, wodurch ein Abblättern des Überzugs verhindert wird, wenn das Raumfahrzeug den oben geschilderten hohen Temperaturen und Treibgasen ausgesetzt wird.

Die erforderlichen Komponenten können in beliebiger Reihenfolge ohne Gefahr oder nachteilige Effekte miteinander vermengt werden. Vorteilhaft wird das Siliciumdioxid (C) als eine der letzten Komponenten in die zu Elastomeren härtbare Organopolysiloxanformmasse eingearbeitet, damit die Möglichkeit des Abbrechens der Siliciumdioxidfasern während des Mischvorganges

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vermindert wird. Die Bestandteile der erfindungsgemäß verwendbaren Zusammensetzung können in beliebiger Weise von Hand oder durch mechanische Vorrichtungen vermischt werden.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann auf die Oberfläche
des Raumfahrzeuges in üblicher Weise aufgetragen und anschliessend gehärtet werden. Sie kann beispielsweise aufgesprüht, am Aufbringungsort geformt, aufgespachtein oder aufgebuttert werden. Die Dicke des Überzugs variiert in Abhängigkeit des Hitzestroms der bei Gebrauch auftreten kann. Je größer der erwartete Hitzestrom, umso dicker muß der Überzug sein.

Beispiel 1

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen als
Ablativ-Beschichtungen wurde wie folgt erprobt: Proben der gehärteten elastomeren Zusammensetzungen wurden der Flamme einer Kerosin-Sauerstoff-Fackel ausgesetzt, die so eingestellt worden war, daß die Reduktionszone «ine Temperatur zwischen
2760° C - 3315° C hatte und die Strömungsgeschwindigkeit etwa 1677»^ m/Sek. betrug. Dadurch werden die Pro bein den hohen
Temperaturen und den erodierenden Effekten von Tre ibgasen ausgesetzt. Die Zusammensetzungen wurden in Form der unten aufge-

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führten Formulierungen verarbeitet und Jeweils zu J>,% cm χ 10,2 cm großen Platten gehärtet. Nach dem Härten wurden die Platten der Fackelflamme ausgesetzt und jeweils die Zeit bestimmt, die die Flamme benötigte, um die Tafel durchzubrennen.'

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt:

Probe 1 - 50 Gew.-Teile eines Mischpolymerisates aus 70 Dimethylsiloxan und 50 Mol# Phenylmethylsiloxan, 50 Gew.-Tei le Diatomeenerde und 10 Gew.-Teile Chlorplatinsäure wurden vermählen, bis eine einheitliche Masse erhalten wurde.

Probe 2 - Probe 2 entsprach Probe 1, jedoch mit dem Unterschied, daß sie zusätzlich 15 Gew.-Teile Siliciumdioxid, wo* von 2 Gew.-Teile faserf ö'rmig waren, enthielt.

Probe J> - Probe 5 entsprach Probe 1, jedoch mit dem Unterc-chied, daß sie noch zusätzlich 50 Gew.-Teile gepulvertes Siliciumcarbid und JO Gew.-Teile Siliciumdioxid, wovon 2 Gew.-Teile faserförmig waren, enthielt.

Probe 4 - Probe 4 entsprach Probe 1, jedoch mit dem Unterschied, daß, sie 50 Gew.-Teile gepulvertes Siliciumcarbid und

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15 Gew.-Teile Siliciumdioxid, wovon 2 Gew.-Teile faserförmig waren, enthielt.

Tabelle I

Erforderliche Zeit in Sekunden, um die Probe Probe zu durchbrennen

1 52

2 110

3 294

Wie aus Tabelle I ersichtlich, hatte die Vergleichsprobe (Nr. 1) nur schwache Ablativ-Eigenschaften hinsichtlich der anderen Proben, da die Flamme die Probe in relativ kurzer Zeit durchdringen konnte. Probe 2 enthielt Siliciumdioxid, jedoch kein Siliciumcarbid, was eine Verbesserung gegenüber der Vergleichsprobe war, jedoch nur geringfügig. Die Proben 3 und 4 zeigten deutlich die ausgezeichneten Ablativ-Eigenschaften bei den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen.

Beispiel 2

Praktisch die gleichen Ergebnisse wurden erzielt, wenn die

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folgenden Mengen an Siliciumdioxid (jeweils 2 Gew.-Teile in Faserform) und gepulvertes Siliciumcarbid in Probe 2 eingesetzt wurden, in Verbindung mit einer handelsüblichen zu Elastomeren härtbaren Formmasse auf Dimethylpolysiloxangrundlage, die mit Benzoylperoxid katalysiert worden war.

(A) 5 Gew.-Teile gepulvertes Siliciumcarbid und 5 Gew.-Teile Siliciumdioxid

(B) 25 Gew.-Teile gepulvertes Siliciumcarbid und 7*5 Gew.-Teile Siliciumdioxid

(C) 85 Gew.-Teile gepulvertes Siliciumcarbid und 50 Gew.-Teile Siliciumdioxid.

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Claims (1)

1. Patentansprüche ;

   1. Verfahren zum Schutz der Oberflächen von Raumfahrzeugen ^ gegen die erodierende Wirkung von Gasen bei Temperaturen

   oberhalb von 165O⁰ C, dadurch g e k e η η ze i ohne t , daß die Oberflächen mit einer Zusammensetzung aus

   (A) 100 Gew.-Teilen Organopolysiloxanen in Form einer zu Elastomeren härtbaren Formmasse, ·

   (B) 10 bis 170 Gew.-Teilen Siliciumcarbid und

   (C) 10 -bis 100 Gew.-Teilen Siliciumdioxid, von dem mindest tens 2 Gew.-Teile in Faserform vorliegen,

   beschichtet werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge ken n zeichne t , daß 100 Gew.-Teile (B) verwendet werden.

   J5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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   ζ ei c tin et, daß J5O Gew.-Teile (C) verwendet werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß als Qrganopolysiloxane Mischpolymerisate aus 70 Mol# Dimethylsiioxan- und 30 MoI^ Phenylmethylsiloxaneinheiten verwendet werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ze ic h ne t , daß als Organopolysiloxane bei Raumtemperatur zu Elastomeren härtbare Formmassen mit üblichen Füllstoffen verwendet werden.

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