一種火箭發(fā)射臺(tái)用熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火箭發(fā)射臺(tái)用熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。熱防護(hù)涂層材料由有機(jī)層、耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層四層材料組成。其中，兩層有機(jī)層成分相同，由環(huán)氧樹脂、固化劑改性多元胺和增韌劑液體橡膠組成，不定形耐火材料層由莫來石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成。本發(fā)明的熱防護(hù)涂層材料附著力強(qiáng)，能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，將大大減少金屬基底的熱燒蝕和熱沖擊，本發(fā)明具有良好的耐高溫燃?xì)饬鳑_刷性能和隔熱性能，使金屬背面溫度不超過80℃，從而有效地對(duì)火箭發(fā)射臺(tái)起到熱防護(hù)作用。
【專利說明】
-種火箭發(fā)射臺(tái)用熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于耐高溫絕熱防護(hù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種火箭發(fā)射臺(tái)用熱防護(hù)涂層材料結(jié) 構(gòu)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航天、宇航事業(yè)的發(fā)展，熱防護(hù)涂層材料開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。除了飛行器本 身的熱防護(hù)外，國內(nèi)對(duì)地面設(shè)施如火箭發(fā)射臺(tái)也增加了熱防護(hù)措施。如果將火箭發(fā)射臺(tái)涂 W熱防護(hù)涂層材料，可使金屬表面隔熱，減少熱燒蝕和熱沖擊，并防止火箭發(fā)射臺(tái)在多次熱 沖擊載荷作用下產(chǎn)生熱疲勞、熱龜裂和熱斷裂，從而確?；鸺l(fā)射臺(tái)工作的可靠性，延長發(fā) 射臺(tái)的使用壽命。在國外，歐洲航天局位于南美圭亞那的阿里安火箭發(fā)射平臺(tái)為混凝±發(fā) 射平臺(tái)，運(yùn)類由無機(jī)非金屬材料構(gòu)筑的發(fā)射臺(tái)抗燃?xì)獯祾邿g性能比有機(jī)燒蝕涂料好，但 缺點(diǎn)是厚度厚，重量重，并且發(fā)射臺(tái)無法進(jìn)行移動(dòng)。
[0003] 利用?？诘臒岱雷o(hù)涂層材料可W對(duì)火箭發(fā)射臺(tái)進(jìn)行熱防護(hù)，運(yùn)種熱防護(hù)涂層材料 不但起到了保護(hù)火箭發(fā)射臺(tái)的作用，還解決了全部由無機(jī)非金屬材料構(gòu)筑發(fā)射臺(tái)導(dǎo)致的重 量重、無法移動(dòng)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是對(duì)地面設(shè)施火箭發(fā)射臺(tái)增加熱防護(hù)措施，提供一種 能夠承受火箭尾焰吹掃，背溫不超過8(TC的熱防護(hù)涂層材料的結(jié)構(gòu)。 陽〇化]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種火箭發(fā)射臺(tái)用熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，于火箭發(fā)射臺(tái)基底表面依次設(shè)置有機(jī) 層、耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層四層材料。
[0007] 按質(zhì)量比計(jì)，有機(jī)層由環(huán)氧樹脂65~80%、固化劑改性多元胺10~20%、增初劑 液體橡膠5~20 %組成。
[0008] 所述環(huán)氧樹脂為雙酪A縮水甘油酸型環(huán)氧樹脂、雙酪F環(huán)氧樹脂、雙酪S環(huán)氧樹 月旨、面代雙酪A型環(huán)氧樹脂、氨化雙酪A環(huán)氧樹脂、雙酪AD型環(huán)氧樹脂、徑甲基雙酪A環(huán)氧 樹脂中的一種或兩種W上，環(huán)氧值范圍0. 2-0. 6。
[0009] 所述固化劑改性多元胺為苯酪甲醒己二縮胺、苯酪甲醒間苯二縮胺、苯酪甲醒乙 二縮胺、鐵酸Ξ異丙醇叔胺醋中的一種或兩種W上；
[0010] 所述增初劑液體橡膠為二締類液體橡膠、鏈締控類液體橡膠、聚氨醋類液體橡膠、 液體娃橡膠、液體聚硫橡膠、液體氣橡膠中的一種或兩種W上，數(shù)均分子量為3000~6000。
[0011] 所述的耐火磚層的耐火度不小于158(rC，耐火磚中A1203 含量為40%~47%。
[0012] 不定形耐火材料層是由莫來石、堇青石、侶酸鹽水泥和娃灰組成，其中，按質(zhì)量比 計(jì)，莫來石40~70%，堇青石5~25%，侶酸鹽水泥10~30%，娃灰2~10%。
[0013] 所述的耐火磚層為粘±質(zhì)耐火磚層。
[0014] 有機(jī)層厚度為2~6mm;
[0015] 耐火磚層的厚度為5~15mm ;
[0016] 不定形耐火材料層厚度為6~14mm ;
[0017] 熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)總厚度為15~40mm。
[0018] 所述基底為金屬基底。
[0019] 所述莫來石粒度為5-3mm和3-lmm，堇青石粒度為0. 5-lmm。
[0020] 所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用于發(fā)射臺(tái)外表面上作為熱防護(hù)涂層材料，于發(fā)射 臺(tái)外表面依次設(shè)置有機(jī)層、耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層。
[0021] 兩層有機(jī)層成分相同，均由有機(jī)材料組成，環(huán)氧樹脂（質(zhì)量比，下同）65~80%，固 化劑改性多元胺10~20%，增初劑液體橡膠5~20%。有機(jī)層的厚度為2~6mm。
[0022] 不定形耐火材料層是由無機(jī)材料組成，莫來石40~70%，堇青石5~25%，侶酸 鹽水泥10~30%，娃灰2~10%，不定形耐火材料層的厚度為6~14mm。
[0023] 不定形耐火材料層的制備方法為：首先將5-3mm和3-lmm的莫來石按照1: (0. 8~ 2)的質(zhì)量比例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、侶酸鹽水泥、娃灰按照質(zhì)量比 11: (4~8) : (2~8) : (0. 5~2)混合。待混合均勻后，加水?dāng)埌瑁?~6)min，加水量為不 定形耐火材料層配料量的（11~15) % (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。
[0024] 本發(fā)明熱防護(hù)涂層材料的有機(jī)層、耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層總厚度 為 15 ~40mm。
[00巧]本發(fā)明的有益效果為：
[00%] 本發(fā)明的熱防護(hù)涂層材料附著力強(qiáng)，能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，金屬背面溫 度不超過8(TC，熱防護(hù)涂層材料具有良好的隔熱性能。
[0027] 本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，將有機(jī)層、耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層依次涂覆在火箭 發(fā)射臺(tái)上。由于本發(fā)明的四層材料中含有耐火磚層和不定形耐火材料層，兩層均由無機(jī)非 金屬材料組成，因此涂層材料的耐火度高，強(qiáng)度大。當(dāng)火箭發(fā)射升空時(shí)，涂層受到燃?xì)饬鞯?高溫W及高速的沖刷，涂層最外層的不定形耐火材料層能夠耐燒蝕并且耐沖刷，起到了隔 熱作用，因此保護(hù)了火箭發(fā)射臺(tái)。
[0028] 由此可見，經(jīng)過本發(fā)明將大大減少金屬基底的熱燒蝕和熱沖擊，金屬的背溫將會(huì) 大大降低，從而有效地對(duì)火箭發(fā)射臺(tái)起到熱防護(hù)作用。
【附圖說明】
[0029] 圖1 :熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖中：1-鋼板，2-有機(jī)層，3-耐火磚層，4-不定形耐火材料層。
【具體實(shí)施方式】
[0031] W下實(shí)施例用于進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的具 體數(shù)據(jù)絕非僅限于運(yùn)些實(shí)施例。
[0032] 原料為符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的材料即可，本發(fā)明使用的原料不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。本 發(fā)明使用的原料為：增初劑液體橡膠：型號(hào)為數(shù)均分子量4000,生產(chǎn)廠家是大連金州盛達(dá) 橡塑制品有限公司。耐火磚：型號(hào)為（NZ)-2,生產(chǎn)廠家是中鋼集團(tuán)耐火材料有限公司。侶 酸鹽水泥：型號(hào)為Secar71，生產(chǎn)廠家是凱諾斯（中國）侶酸鹽技術(shù)有限公司。莫來石：粒 度5-3mm和3-lmm，生產(chǎn)廠家是靖州華蠢莫來石有限公司。堇青石：粒度0. 5-lmm，生產(chǎn)廠家 偃師市光明高科耐火材料制品有限公司。娃灰：型號(hào)970,生產(chǎn)廠家是上海天惜娃粉材料有 限公司。
[0033] 實(shí)施例1熱防護(hù)涂層材料的制備
[0034] 如圖1所示：
[00對(duì) 1.第一層有機(jī)層的制備：將環(huán)氧樹脂、固化劑改性多元胺、增初劑液體橡膠按照 7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在除誘后的190X 120X5mm的鋼板一側(cè)表面上，涂覆厚度為 2γπιτι 0
[0036] 2.耐火磚層的制備：將厚度為5mm的黏±質(zhì)耐火磚（ΝΖ)-2放置在有機(jī)層上，使得 黏±質(zhì)耐火磚層與有機(jī)層貼合，將耐火磚層固定在鋼板上。
[0037] 3.第二層有機(jī)層的制備：將環(huán)氧樹脂、固化劑改性多元胺、增初劑液體橡膠按照 7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在黏±質(zhì)耐火磚層上，涂覆厚度為2mm。
[0038] 4.不定形耐火材料層的制備：首先將5-3mm和3-lmm的莫來石按照1:1的質(zhì)量 比例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、侶酸鹽水泥、娃灰按照質(zhì)量比11:5:4:1 混合。待混合均勻后，加水?dāng)埌?min，加水量為不定形耐火材料層配料量的13% (質(zhì)量分 數(shù)）。第二層有機(jī)層涂覆于黏±質(zhì)耐火磚層后，無需等待，即可將不定形耐火材料涂覆在第 二層有機(jī)層之上，不定形耐火材料層的涂覆厚度為6mm，制備總厚度為15mm的熱防護(hù)涂層 材料。
[0039] 對(duì)金屬鋼板上熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗(yàn)：
[0040] 采用YA6804型氧氣煤油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)件背面溫度的測(cè)試，試樣為金屬 鋼板一側(cè)涂有熱防護(hù)涂層材料，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗(yàn)條件：發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓 力：Pc = 1. 4 + 0. 05MPa ;發(fā)動(dòng)機(jī)余氧系數(shù)：α = 0. 7 + 0. 03 ;發(fā)動(dòng)機(jī)噴口直徑：65mm ;噴管 出口燃?xì)鉁囟龋?210Κ ;噴管出口燃?xì)馑俣龋?390m/s ;燃燒室溫度：3470Κ ;燒蝕試驗(yàn)時(shí)間： 5s/件；熱流密度：17. 9Mw/m2。試驗(yàn)條件為模擬火箭發(fā)射時(shí)的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有 熱防護(hù)涂層材料一側(cè)的金屬鋼板。測(cè)試金屬不帶有涂層一側(cè)的溫度（背面溫度）。15mm涂 層厚的金屬件背面溫度測(cè)量結(jié)果如表1所示。從表中可W看出，涂覆15mm涂層厚的試樣的 背溫未超過80°C。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的熱防護(hù)涂層材料與結(jié)構(gòu)附著力強(qiáng)，具有良好的隔 熱性能，并且保護(hù)了金屬基底。
[0041] 表1 15mm熱防護(hù)涂層材料試樣的背面溫度測(cè)量結(jié)果
[0042]
[0043] 實(shí)施例2熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)的制備
[0044] 1.第一層有機(jī)層的制備：將環(huán)氧樹脂、固化劑改性多元胺、增初劑液體橡膠按照 7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在除誘后的190X 120X5mm的鋼板一側(cè)表面上，涂覆厚度為 4mm 〇
[0045] 2.耐火磚層的制備：將厚度為15mm的黏±質(zhì)耐火磚（N幻-2放置在有機(jī)層上，使 得黏±質(zhì)耐火磚層與有機(jī)層貼合，將耐火磚層固定在鋼板上。
[0046] 3.第二層有機(jī)層的制備：將環(huán)氧樹脂、固化劑改性多元胺、增初劑液體橡膠按照 7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在黏±質(zhì)耐火磚上，涂覆厚度為2mm。
[0047] 4.不定形耐火材料層的制備：首先將5-3mm和3-lmm的莫來石按照1:1的質(zhì)量 比例混合均勻，然后再將混合后的莫來石與堇青石、侶酸鹽水泥、娃灰按照質(zhì)量比11:5:4:1 混合。待混合均勻后，加水?dāng)埌?min，加水量為表層配料量的13% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。第二層有 機(jī)層涂覆于黏±質(zhì)耐火磚層后，無需等待，即可將不定形耐火材料涂覆在第二層有機(jī)層之 上，不定形耐火材料層的涂覆厚度為9mm，制備總厚度為30mm的耐高溫涂層。
[0048] 對(duì)金屬鋼板上熱防護(hù)涂層材料隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗(yàn)：
[0049] 采用YA6804型氧氣煤油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)件背面溫度的測(cè)試，試樣為金屬 鋼板一側(cè)涂有耐高溫涂料，不帶有涂層的金屬面為背面。試驗(yàn)條件：發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力：Pc =1. 4 + 0. 05MPa ;發(fā)動(dòng)機(jī)余氧系數(shù)：α = 0. 7 + 0. 03 ;發(fā)動(dòng)機(jī)噴口直徑：65mm ;噴管出口燃 氣溫度：2210Κ ;噴管出口燃?xì)馑俣龋?390m/s ;燃燒室溫度：3470Κ ;燒蝕試驗(yàn)時(shí)間：10s/件； 熱流密度：17. 9Mw/m2。試驗(yàn)條件為模擬火箭發(fā)射時(shí)的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有熱防護(hù) 涂層材料一側(cè)的金屬鋼板。測(cè)試金屬不帶有涂層一側(cè)的溫度（背面溫度）。30mm涂層厚的 金屬件背面溫度測(cè)量結(jié)果如表2所示。從表中可W看出，涂覆30mm涂層厚的試樣的背溫未 超過8(TC。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的涂層材料與結(jié)構(gòu)附著力強(qiáng)，具有良好的隔熱性能，并且 保護(hù)了金屬基底。
[0050] 表2 30mm熱防護(hù)涂層材料試樣的背面溫度測(cè)量結(jié)果
[0051]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種火箭發(fā)射臺(tái)用熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于：于火箭發(fā)射臺(tái)基底表面依次 設(shè)置有機(jī)層、耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層四層材料。2. 按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于：按質(zhì)量比計(jì)，有機(jī)層由環(huán) 氧樹脂65~80%、固化劑改性多元胺10~20%、增韌劑液體橡膠5~20%組成。3. 按照權(quán)利要求2所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于：增韌劑液體橡膠為二烯 類液體橡膠、鏈烯烴類液體橡膠、聚氨酯類液體橡膠、液體硅橡膠、液體聚硫橡膠、液體氟橡 膠中的一種或兩種以上。4. 按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的耐火磚層的耐火 度不小于1580°(：，耐火磚中4120 3含量為40%~47%。5. 按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于：不定形耐火材料層是由 莫來石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成，其中，按質(zhì)量比計(jì)，莫來石40~70%，堇青石5~ 25%，鋁酸鹽水泥10~30%，硅灰2~10%。6. 按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述的耐火磚層為粘土質(zhì)耐火磚層。7. 按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于： 有機(jī)層厚度為2~6mm ; 耐火磚層的厚度為5~15mm ; 不定形耐火材料層厚度為6~14mm ; 熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)總厚度為15~40mm。8. 按照權(quán)利要求1所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述基底為金屬基底。9. 按照權(quán)利要求5所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述莫來石粒度為5-3mm 和3-lmm，堇青石粒度為0. 5-lmm。10. -種權(quán)利要求1-9任何一項(xiàng)所述的熱防護(hù)涂層材料結(jié)構(gòu)用于發(fā)射臺(tái)外表面上作 為熱防護(hù)涂層材料，于發(fā)射臺(tái)外表面依次設(shè)置有機(jī)層、耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料 層。
【文檔編號(hào)】B32B15/18GK105984182SQ201510093335
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日
【發(fā)明人】張巍, 馬磊, 王國鵬, 王曉東, 張濤
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所