Состав для получения теплозащитного покрытия

Изобретение относится к составам для получения теплозащитных покрытий, которые могут быть использованы в области авиастроения, ракетостроения для теплозащиты наружных металлических и неметаллических поверхностей различных конструкций, в том числе и крупногабаритных конструкций в виде оболочек с поверхностью переменной кривизны, в условиях воздействия высокотемпературного аэродинамического нагрева.

К покрытиям, применяемым для теплозащиты наружной поверхности конструкции от воздействия высокотемпературного аэродинамического нагрева, предъявляются требования по плотности, прочности, температуре эксплуатации, способности нанесения без стекания методом пневматического распыления на различно расположенные поверхности: горизонтальные, вертикальные, имеющие радиус кривизны; в т.ч. и на крупногабаритные конструкции в виде оболочек с поверхностью переменной кривизны.

Кроме того, актуальным требованием является также увеличение толщины наносимого монослоя и снижение времени межслоевой выдержки без появления наплывов (подтеков) при нанесении покрытия на поверхность изделия.

В настоящее время применяются различные теплозащитные покрытия на основе полимеров.

Известен состав для получения теплоизоляционного полимерного материала, включающий компоненты при следующим соотношении, мас. ч.: растворенный в бутилацетате в соотношении 100:70 силоксановый блок-сополимер Лестосил-СМ - 100, неорганический наполнитель стеклянные микросферы марки МС-ВП-А9 группы 2 л - 40-50, сшивающий агент продукт 119-54 марки А - 10-12, антипирен наносиликат монтмориллонит, смешанный с бутилацетатом в соотношении 0,6:30 - 1,5-2 (RU 2558103, C09D 183/04).

Недостатком известного состава является недостаточно высокие температуры эксплуатации покрытия до 400°С и проведение термостабилизации покрытия при температуре 115-120°С, что неприемлемо при нанесении покрытия на крупногабаритные конструкции, а введение стеклянных микросфер в большом количестве до 40-50 мас. ч. для снижения плотности состава ухудшают прочностные свойства покрытия.

Известен состав для получения теплозащитного покрытия, содержащий полые керамические микросферы с удельной массой 450-750 кг/м³ в качестве наполнителя, полимерное связующее - модифицированный акрилацетатный латекс, 33-38%-ный латекс сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты, сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе, технологическую добавку - силиконовый пеногаситель и воду при следующем соотношении компонентов, масс. %: микросферы - 18-32, связующее - 8,0-12,0, пеногаситель - 0,01-1,0, вода - до 100 (RU 2311397 С04В 41/48).

Недостатком известного состава является недостаточно высокие температуры эксплуатации до плюс 260°С.

Известна латексная композиция для теплозащитного материала, предназначенная для защиты наружных поверхностей летательных аппаратов от аэродинамического и других видов нагрева, имеющая состав при следующим соотношении компонентов в мас. ч. на сухое вещество, в качестве связующего латекс цис-1,4-полиизопрена - 100, оксид цинка - 3÷4, диэтилдитиокарбамат цинка - 1,0÷1,5, серу - 1.5÷2,5, в качестве наполнителя полые микросферы (фенолоформальдегидные марки БВ-01 или стеклянные марки МСО-А9) - 30÷55, двуокись кремния - 3÷5, загуститель - метилцеллюлозу - 2,0÷2,5, воду - 250÷300 (SU 1840662, C08L 9/10).

Недостатком известной латексной композиции является повышенная плотность теплозащитного материала от 0,52 до 0,57 г/см³, необходимость проведения вулканизации при повышенной температуре 120°С, что усложняет процесс получения покрытия, не технологичность при нанесении на крупногабаритные изделия в виде оболочек с поверхностью переменной кривизны, а также при применении в качестве связующего латекса цис-1,4-полиизопрена покрытие возможно эксплуатировать только до температуры 600°С.

Задачей заявляемого изобретения является снижение плотности при обеспечении прочности теплозащитного покрытия, повышение температуры эксплуатации, улучшение технологичности нанесения покрытия на различно расположенные поверхности, расширение ассортимента составов теплозащитных покрытий.

Получаемый технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении энергомассовых характеристик изделий, расширении температурных условий их эксплуатации при температуре не ниже 800÷900°С, появлении возможности нанесения покрытия на поверхности вертикальные, горизонтальные, имеющие радиус кривизны, в том числе и на крупногабаритные конструкции в виде оболочек с поверхностью переменной кривизны, в сокращении продолжительности технологического цикла нанесения покрытия,

Поставленная задача решается тем, что состав для получения теплозащитного покрытия, включающий полимер, наполнитель - полые микросферы и слюду, отвердитель и растворитель, в качестве полимера содержит низкомолекулярный полимер «Стиросил» марки А, наполнители - в виде микросфер стеклянных полых натриевых боросиликатного состава с плотностью 0,21-0,25 г/см³ и слюды молотой флогопит с размером частиц 125 мкм, отвердитель - катализатор холодного отверждения Продукт 119-54, бензин-растворитель, дополнительно в состав введены технологическая добавка подслой П-11 и загуститель - Аэросил А-300, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Применяя в качестве связующего низкомолекулярный полимер «Стиросил» марки А обеспечиваем высокую термостойкость теплозащитного покрытия.

Кроме того, дополнительное введение в состав технологической добавки подслоя П-11 ТУ 38.303-04-06-90 позволяет повысить адгезию теплозащитного покрытия к поверхности изделия и механическую прочность теплозащитного покрытия за счет обеспечения адгезии между связующим и частицами наполнителя из микросфер стеклянных марки МС-В группы 2Л или МС-ВП-А9 группы 2Л и слюды молотой СМФ-125, а также снизить вязкость состава и улучшить технологичность процесса нанесения приготовленного состава методом пневматического распыления.

Использование в предлагаемом теплозащитном покрытии катализатора холодного отверждения продукта 119-54 ТУ6-02-1281-84 обуславливает процесс отверждения (полимеризации) покрытия при комнатной температуре и ведет к повышению эластичности теплозазащитного покрытия.

Наличие в предлагаемом составе высокодисперстного гидрофильного пирогенного диоксида кремния (Аэросил А-300 ГОСТ 14922-77) придает тиксотропные свойства составу и обеспечивает сокращение продолжительность технологического цикла нанесения покрытия при увеличении толщины наносимого монослоя и уменьшении времени межслоевой выдержки и количества наносимых монослоев.

Сочетание компонентов в предлагаемом составе теплозащитного покрытия выбрано таким, чтобы были обеспечены теплофизические характеристики, представленные в таблице, и эксплуатационная надежность при заданных высоких температурах и в течение заданного срока эксплуатации.

Состав готовится смешением компонентов в следующей последовательности: в полимер Стиросил марки А вводят подслой П-11, перемешивают до получения гомогенного состава, последовательно добавляют в необходимом количестве слюду молотую СМФ-125, микросферы стеклянные марки МС-В группы 2Л или МС-ВП-А9 группы 2Л и аэросил А-300 в сухом виде и перемешивают для получения однородного состава. Перед нанесением теплозащитного покрытия на изделие методом пневматического распыления в приготовленный состав вводят бензин-растворитель и при постоянном перемешивании необходимое количество отвердителя - катализатора холодного отверждения - продукта 119-54.

Покрытие наносится на поверхность изделия методом пневматического распыления послойно с толщиной монослоя 0,5÷1,0 мм. Количество наносимых слоев определяется необходимой толщиной теплозащитного покрытия (для получения 1 мм покрытия наносится от 1-ого до 2-х слоев). После нанесения каждого слоя производится выдержка при температурах помещения от 15 до 35°С в течение 30÷45 минут. Окончательная выдержка после нанесения теплозащитного покрытия на изделие производится при температурах помещения от 15 до 35°С в течение не менее 24-х часов.

Данные по предлагаемым составам приведены в таблице 1.

Данные по результатам испытаний, полученных на предлагаемых составах теплозащитного покрытия, приведены в таблице 2.

Экспериментальные работы, проведенные при испытании составов теплозащитного покрытия, соотношения компонентов которых выходили за пределы соотношений, ограниченных настоящим изобретением, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, показали, что их показатели по плотности и прочности ухудшаются.

Применение предложенных составов позволяет получать теплозащитные покрытия с плотностью 380÷520 кг/м³, снизить массу при обеспечении эксплуатационных свойств теплозащитного покрытия при воздействии высокотемпературного аэродинамического нагрева не ниже, чем до 800÷900°С, повысить качество наносимого покрытия на различно расположенные поверхности: вертикальные, горизонтальные, имеющие радиус кривизны, в том числе и на крупногабаритные конструкции в виде оболочек с поверхностью переменной кривизны, сократив продолжительность технологического цикла нанесения покрытия при увеличении толщины монослоя до 0,5÷1,0 мм, уменьшении времени межслоевой выдержки до 30÷45 минут и количества наносимых монослоев.