一種鋼結(jié)構(gòu)表面用耐高溫涂層的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)表面的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種用于火箭發(fā)射臺(tái)表面涂覆的降低發(fā)射臺(tái)背溫、保護(hù)火箭發(fā)射臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)表面的耐高溫涂層結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，屬于耐高溫絕熱防護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天、宇航事業(yè)的發(fā)展，耐高溫涂料開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。除了飛行器本身的熱防護(hù)外，國(guó)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。如果將發(fā)射臺(tái)涂以耐高溫涂料，可使金屬表面隔熱，減少熱燒蝕和熱沖擊，并防止發(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，從而確保發(fā)射臺(tái)工作的可靠性，延長(zhǎng)發(fā)射臺(tái)的使用壽命。在國(guó)夕卜，歐洲航天局位于南美圭亞那的阿里安火箭發(fā)射平臺(tái)為混凝土發(fā)射平臺(tái)，這類由無(wú)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(wú)法進(jìn)行移動(dòng)。
[0003]利用專門的耐高溫涂層材料和結(jié)構(gòu)可以對(duì)火箭發(fā)射臺(tái)進(jìn)行熱防護(hù)，但目前，有關(guān)對(duì)發(fā)射臺(tái)進(jìn)行熱防護(hù)的技術(shù)還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)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(guò)120°C的耐高溫涂層的結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明耐高溫涂層結(jié)構(gòu)，由四層材料組成，于鋼結(jié)構(gòu)表面依次設(shè)有有機(jī)層、定形耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層。
[0007]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%，固化劑聚酰胺10?20%，增韌劑液態(tài)橡膠5?20%。有機(jī)層的厚度為2?6mm。
[0008]定形耐火磚層是由黏土質(zhì)耐火磚組成，其耐火度可達(dá)1730°C，A1203含量> 40%。定形耐火磚層的厚度為5?15mm。
[0009]不定形耐火材料層是由無(wú)機(jī)材料組成,焦寶石40?70%,堇青石5?25%,招酸鹽水泥10?30%,娃灰2?10%。不定形耐火材料層的厚度為6?14mm。
[0010]本發(fā)明耐高溫涂層有機(jī)層、定形耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層總厚度為15 ?40mmo
[0011]本發(fā)明所用到的原料都可以從市場(chǎng)購(gòu)買得到，其規(guī)格符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)氧樹脂:型號(hào)為SM828，固化劑聚酰胺:型號(hào)為650，生產(chǎn)廠家是無(wú)錫光明化工有限公司。增韌劑液態(tài)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。鋁酸鹽水泥:型號(hào)為Secar71，生產(chǎn)廠家是凱諾斯(中國(guó))鋁酸鹽技術(shù)有限公司。焦寶石:粒度6-35M和100M篩下組份，生產(chǎn)廠家是淄博寶石窯爐材料有限公司。堇青石:粒度0.5-1_，生產(chǎn)廠家偃師市光明高科耐火材料制品有限公司。硅灰:型號(hào)970，生產(chǎn)廠家是上海天愷硅粉材料有限公司。
[0012]本發(fā)明的耐高溫涂層附著力強(qiáng)，能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，鋼結(jié)構(gòu)背面溫度不超過(guò)120°C，涂層具有良好的隔熱性能。
[0013]本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，將有機(jī)層、定形耐火磚層、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定形耐火磚層和不定形耐火材料層，兩層均由無(wú)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)饬鞯母邷匾约案咚俚臎_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)。
[0014]由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)本發(fā)明將大大減少鋼結(jié)構(gòu)基體的熱燒蝕和熱沖擊，鋼結(jié)構(gòu)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(shuō)明】
[0015]圖1:15mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時(shí)間的關(guān)系曲線；
[0016]圖2:30mm涂層試樣的背面溫度與燒蝕時(shí)間的關(guān)系曲線；
[0017]圖3:涂層結(jié)構(gòu)示意圖，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】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。
[0019]實(shí)施例1耐高溫涂層的制備
[0020]如圖3所示:
[0021]1.第一層有機(jī)層的制備:將環(huán)氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態(tài)橡膠按照7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在除銹后的190 X 120 X 5mm的鋼板一側(cè)表面上，涂覆厚度為 2mm。
[0022]2.定形耐火磚層的制備:將厚度為5mm的黏土質(zhì)耐火磚(NZ)_2粘貼在有機(jī)層上。
[0023]3.第二層有機(jī)層的制備:將環(huán)氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態(tài)橡膠按照7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在黏土質(zhì)耐火磚上，涂覆厚度為2mm。
[0024]4.不定形耐火材料層的制備:首先將6-35M和100-325M的焦寶石按照1:1的質(zhì)量比例混合均勻，然后再將混合后的焦寶石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照質(zhì)量比12:3:4:1混合。待混合均勻后，加水?dāng)嚢?min，加水量為配料量的16%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。將不定形耐火材料涂覆在第二層有機(jī)層之上，涂覆厚度為6_的表層，制備總厚度為15_的耐高溫涂層。
[0025]對(duì)金屬鋼板上耐高溫涂料隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗(yàn):
[0026]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=L 4±0.05MPa ;發(fā)動(dòng)機(jī)余氧系數(shù):a =0.7±0.03 ;發(fā)動(dòng)機(jī)噴口直徑:65mm ;噴管出口燃?xì)鉁囟?2210K ;噴管出口燃?xì)馑俣?2390m/s ;燃燒室溫度:3470K ;燒蝕試驗(yàn)時(shí)間:5s/件；熱流密度:13.lMw/m2。試驗(yàn)條件為模擬火箭發(fā)射時(shí)的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有耐高溫涂料一側(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與燒蝕時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。從圖中可以看出，涂覆15mm涂層厚的試樣的背溫未超過(guò)100°C。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)了鋼板底材。
[0027]實(shí)施例2耐高溫涂層結(jié)構(gòu)的制備
[0028]如圖3所示:
[0029]1.第一層有機(jī)層的制備:將環(huán)氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態(tài)橡膠按照7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在除銹后的190 X 120 X 5mm的鋼板一側(cè)表面上，涂覆厚度為 4mm。
[0030]2.定形耐火磚層的制備:將厚度為15mm的黏土質(zhì)耐火磚(NZ)-2粘貼在有機(jī)層上。
[0031]3.第二層有機(jī)層的制備:將環(huán)氧樹脂SM828、固化劑聚酰胺650、增韌劑液態(tài)橡膠按照7:2:1質(zhì)量比例混合后，涂覆在黏土質(zhì)耐火磚上，涂覆厚度為2mm。
[0032]4.不定形耐火材料層的制備:首先將6-35M和100-325M的焦寶石按照1:1的質(zhì)量比例混合均勻，然后再將混合后的焦寶石與堇青石、鋁酸鹽水泥、硅灰按照質(zhì)量比12:3:4:1混合。待混合均勻后，加水?dāng)嚢?min，加水量為配料量的16%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。將不定形耐火材料涂覆在第二層有機(jī)層之上，涂覆厚度為9mm的表層，制備總厚度為30mm的耐高溫涂層。
[0033]對(duì)金屬鋼板上耐高溫涂層隔熱的熱防護(hù)效果進(jìn)行試驗(yàn):
[0034]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=L 4±0.05MPa ;發(fā)動(dòng)機(jī)余氧系數(shù):a =0.7±0.03 ;發(fā)動(dòng)機(jī)噴口直徑:65mm ;噴管出口燃?xì)鉁囟?2210K ;噴管出口燃?xì)馑俣?2390m/s ;燃燒室溫度:3470K ;燒蝕試驗(yàn)時(shí)間:5s/件；熱流密度:13.lMw/m2。試驗(yàn)條件為模擬火箭發(fā)射時(shí)的尾焰吹掃情況，火焰吹掃涂有耐高溫涂料一側(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)。30_涂層厚的金屬件背面溫度與燒蝕時(shí)間的關(guān)系如圖2所示。從圖中可以看出，涂覆30mm涂層厚的試樣的背溫未超過(guò)100°C。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)了鋼板底材。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐高溫涂層，其特征在于:于基底表面依次設(shè)置的有機(jī)層、黏土質(zhì)耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層四層材料組成。2.按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層，其特征在于:兩層有機(jī)層均由以下成分組成:按質(zhì)量比計(jì)，環(huán)氧樹脂65?80%、固化劑聚酰胺10?20%、增韌劑液態(tài)橡膠5?20%。3.按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層，其特征在于:黏土質(zhì)耐火磚耐火度可達(dá)1730°C，Al2O3含量> 40% ;耐火磚的厚度為5?15mm。4.按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層，其特征在于:按質(zhì)量比計(jì)，不定形耐火材料層是由焦寶石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成， 其中，按質(zhì)量比計(jì)，焦寶石40?70%，堇青石5?25%，鋁酸鹽水泥10?30%，硅灰2?10%。5.按照權(quán)利要求1或2所述的耐高溫涂層，其特征在于:有機(jī)層厚度為2?6mm。6.按照權(quán)利要求1或4所述的耐高溫涂層，其特征在于:不定形耐火材料層厚度為6?14mm η7.按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層，其特征在于:耐高溫涂層有機(jī)層、定形耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層總厚度為15?40_。8.按照權(quán)利要求1所述的耐高溫涂層，其特征在于:所述基底為鋼結(jié)構(gòu)基底。9.按照權(quán)利要求4所述的耐高溫涂層，其特征在于:所述焦寶石由兩種粒度組成:一種粒度為6-35Μ之間，一種粒度為100-325Μ之間，兩種粒度的焦寶石質(zhì)量比為1:1，堇青石粒度為 0.5-1_。10.一種權(quán)利要求1-9任何一項(xiàng)所述的耐高溫涂層用于發(fā)射臺(tái)外表面上作為耐高溫涂層，于發(fā)射臺(tái)外表面依次設(shè)有有機(jī)層、定形耐火磚層、有機(jī)層和不定形耐火材料層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼結(jié)構(gòu)表面用耐高溫涂層材料的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。本發(fā)明耐高溫涂層材料由有機(jī)層、定形耐火磚層、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、固化劑聚酰胺和增韌劑液態(tài)橡膠組成。耐火磚選用黏土質(zhì)耐火磚。不定形耐火材料由焦寶石、堇青石、鋁酸鹽水泥和硅灰組成。本發(fā)明的耐高溫涂層材料附著力強(qiáng)，能夠承受火箭模擬燃?xì)饬鳑_刷，金屬背面溫度不超過(guò)120℃，涂層具有良好的耐高溫燃?xì)饬鳑_刷性能和隔熱性能。
【IPC分類】B32B15/092, B32B27/06
【公開號(hào)】CN104924704
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410105920
【發(fā)明人】馬磊, 張巍, 王國(guó)鵬, 臧紅, 張濤
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2014年3月20日