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非易燃易爆溶剂在喷涂烧蚀隔热涂层中的应用
肖世明, 余剑, 王绍成, 高云翔, 侯旭东     
首都航天机械有限公司, 北京 100076
摘要:为消除易燃易爆的风险,使用非易燃易爆溶剂SK-410B代替汽油作为烧蚀隔热涂料的稀释剂。测试了涂层的剪切强度、低温性能、耐湿热性能。电弧风洞试验结果表明:涂层抗冲刷性能良好;试片的最高背面温度为55℃,可满足使用要求。
关键词:非易燃易爆    烧蚀隔热涂层    稀释剂    
Application of Non-Inflammable and Non-Explosive Solvent on Painting Ablation-resistant Heat-Insulating Coating
XIAO Shiming, YU Jian, WANG Shaocheng, GAO Yunxiang, HOU Xudong     
Capital Aerospace Machinery Limited Company, Beijing 100076
Abstract: In order to eliminate the risk of inflammable and explosive, spraying ablation-resistant heat-insulating paint was realized by using non-inflammable and non-explosive solvent SK-410B as the diluents instead of gasoline. The shear strength, low temperature performance and hygrothermal property were tested. Arc heated wind tunnel test has shown that the coating has excellent thermal protection performance. The maximum temperature of the backside is 55℃. This method can satisfy the use requirement.
Key words: Non-inflammable and non-explosive     Ablation-resistant heat-insulating coating     Diluents    
0 引言

导弹在飞行过程中会遇到严重的气动热问题,烧蚀隔热涂层作为热防护材料的重要一类,可保障导弹在飞行过程中不因气动过热导致故障。烧蚀隔热涂层因其工艺简单,受产品结构影响小,喷涂周期短、成本低,广泛应用于导弹发动机及其舱体的外表面防热[1-2]。目前,喷涂烧蚀隔热涂层一般使用120号汽油作为稀释剂来调整喷涂黏度。闪点是表征可燃液体着火燃烧的危险程度的重要因素。当可燃蒸发的蒸气与空气混合,达到爆炸下限时,遇到外界火焰将引起爆燃,此时可燃液体表面的最低温度即为闪点[3]。虽然汽油具有“易挥发、使用范围广”等优点,但汽油的闪点(-50~20℃)较低,为易燃易爆品,其闪点低的特性仍为喷涂过程带来了巨大的安全隐患[4]。目前,已经有非易燃易爆溶剂应用于多种类型产品喷涂前除油工序,但尚未发现应用于喷涂烧蚀隔热涂层。本文使用非易燃易爆溶剂SK-410B(北京晟昌盛达商贸有限公司)替代汽油作为烧蚀隔热涂料的稀释剂,以减少汽油的使用量,并测试了涂层的剪切强度、低温性能、冲刷隔热性能等。

1 实验 1.1 涂层制备工艺

涂层喷涂流程为:喷涂表面处理剂→干燥15~30 min→配制隔热涂料→喷涂烧蚀隔热涂层(多遍)→测量涂层厚度。涂层由组分A、固化剂B组成。首先将组分A、固化剂B按比例混合均匀,然后加入稀释剂调节涂料黏度至30~40 s,喷涂成型。传统的稀释剂为120号汽油,本文使用非易燃易爆溶剂SK-410B代替汽油作为稀释剂,按照相同的喷涂流程喷涂烧蚀隔热涂层。

1.2 SK-410B主要性质

SK-410B溶剂为烷烃类物质组成的混合物,如石油分解中间体、渗透剂、阻燃剂、SP稳定剂、脱脂助剂等。SK-410B溶剂为无色透明液体,具有轻微溶剂味,密度(20℃)为(1.150±0.010)g/cm3,闪点>95℃。SK-410B溶剂具有挥发速率快、挥发彻底无残留的特点。

1.3 涂层性能测试 1.3.1 剪切强度测试方法

试片使用2 mm厚经阳极化的2A12铝板;用铅笔划定好搭接面积:20 mm×15 mm;在搭接面上喷涂一层表面处理剂,室温下晾置15~30 min;将固化剂B和一定量的SK-410B溶剂加到涂料中并搅拌均匀,调整至涂料的刮涂黏度20~30 s,立即用玻璃棒在试片上刮一层涂料,不需晾置,在0.5 h内搭接;装入夹具后施以接触压力,室温固化7 d后测试,共测试5组。

1.3.2 低温性能测试方法

试片制备,50 mm×100 mm×1 mm经阳极化的2A12铝板,涂层厚度1.0~1.2 mm,在室温下固化7 d后,进行试验;

试验仪器,低温箱(-60℃~常温)、曲率半径260 mm木模;

试验步骤,首先将低温箱的温度调至(-45±4)℃;然后将试片放置于低温箱中,保温1 h;取出后立即在曲率半径为260 mm的模板上弯曲;目测涂层表面状态。

1.3.3 湿热试验

湿热试验试片规格为50 mm×100 mm×1 mm经阳极化的2A12铝板。试验条件:30~60℃,相对湿度85%~95%,一个周期24 h,试验时间21 d。

1.3.4 冲刷隔热性能试验

采用电弧风洞试验考核涂层的耐冲刷隔热性能,涂层厚度为3.5~4.0 mm。电弧风洞试验输入条件见表 1

表 1 电弧风洞试验输入条件 Table 1 Input conditions for arc-heated tunnel test
台阶序号 气流总焓/MJ·kg-1 冷壁热流密度/kW·m-2 气体动压/kPa 持续时间/s
0.2 0 60 80
10 25 4.8 80
2 试验结果 2.1 剪切强度

5组剪切试验结果分别为1.7、1.8、1.6、1.6、1.7 MPa,平均值为1.68 MPa。技术条件要求剪切强度不小于1.3 MPa。因此使用SK-410B作为稀释剂后,涂层的剪切强度可以满足使用要求。

2.2 低温性能测试

低温性能测试前后的图片对比情况见图 1。可以看出,经过低温并弯曲后,涂层的表面没有发生断裂。使用10倍放大镜目视检查后,也没有发现微小的裂纹。这说明使用SK-410B代替汽油喷涂后,涂层在低温下的韧性仍然较好。

图 1 低温性能测试结果 Figure 1 Results of low temperature performance test
2.3 湿热试验结果

经过湿热试验后,涂层与试片结合良好,没有出现“起泡、脱落”现象。

2.4 冲刷隔热性能试验 2.4.1 试片外观变化

经过第一台阶80 s的试验后,涂层保持完好。经过第二台阶80 s的试验后,除涂层表面被烧蚀外,涂层外形基本保持完好。试验前后试片见图 2(其中气流方向为从右向左)。可以看出,涂层与铝合金基体结合良好,没有出现“鼓泡、脱落”等现象。这说明使用SK-410B作为稀释剂喷涂的涂层抗冲刷性能良好,可以满足试验要求。

图 2 抗冲刷性能试验结果 Figure 2 Results of erosion resistance test
2.4.2 试片背温变化

图 3为试片背温变化曲线。可以看出:试片的最高背面温度为55℃。这说明涂层具有良好的隔热性能,可以满足“背温≤90℃”使用环境要求。

图 3 背温变化曲线 Figure 3 Back temperature curves of the sample
3 结论

采用SK-410B溶剂代替汽油作为烧蚀隔热涂层的稀释剂。涂层的剪切强度均>1.3 MPa;涂层具有良好低温性能和耐湿热性能;经过电弧风洞试验,涂层具有良好的抗冲刷性能和隔热性能。

参考文献
[1] 肖军, 章凯军, 李晓升, 等. 一种防热涂层的应用工艺[J]. 宇航材料工艺, 2013, 43(5): 74–77.
Cited By in Cnki
[2] 秦锋, 苏菁, 马天信, 等. 温度变化对某防热涂层粘接性能的影响研究[J]. 航天制造技术, 2016(5): 44–47.
Cited By in Cnki
[3] 武丽娜, 陈睿谦. 混合液体闪点确定的计算方法[J]. 化学工程, 2016, 44(1): 75–78.
Cited By in Cnki (2)
[4] 郑达, 董琛. 鱼雷新型清洗剂的可行性研究[J]. 现代制造技术与装备, 2016(5): 61–64.
Cited By in Cnki
http://dx.doi.org/10.12044/j.issn.1007-2330.2018.04.019
主办:航天材料及工艺研究所
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肖世明, 余剑, 王绍成, 高云翔, 侯旭东
XIAO Shiming, YU Jian, WANG Shaocheng, GAO Yunxiang, HOU Xudong
非易燃易爆溶剂在喷涂烧蚀隔热涂层中的应用
Application of Non-Inflammable and Non-Explosive Solvent on Painting Ablation-resistant Heat-Insulating Coating
宇航材料工艺, 2018, 48(4): 92-94
Aerospace Materials & Technology, 2018, 48(4): 92-94.
http://dx.doi.org/10.12044/j.issn.1007-2330.2018.04.019

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收稿日期: 2018-01-24

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