非易燃易爆溶劑在噴涂燒蝕隔熱涂層中的應(yīng)用

肖世明 余 劍 王紹成 高云翔 侯旭東

(首都航天機械有限公司，北京 100076)

0 引言

導(dǎo)彈在飛行過程中會遇到嚴(yán)重的氣動熱問題，燒蝕隔熱涂層作為熱防護(hù)材料的重要一類，可保障導(dǎo)彈在飛行過程中不因氣動過熱導(dǎo)致故障。燒蝕隔熱涂層因其工藝簡單，受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響小，噴涂周期短、成本低，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈發(fā)動機及其艙體的外表面防熱[1-2]。目前，噴涂燒蝕隔熱涂層一般使用120號汽油作為稀釋劑來調(diào)整噴涂黏度。閃點是表征可燃液體著火燃燒的危險程度的重要因素。當(dāng)可燃蒸發(fā)的蒸氣與空氣混合，達(dá)到爆炸下限時，遇到外界火焰將引起爆燃，此時可燃液體表面的最低溫度即為閃點[3]。雖然汽油具有“易揮發(fā)、使用范圍廣”等優(yōu)點，但汽油的閃點(-50～20℃)較低，為易燃易爆品，其閃點低的特性仍為噴涂過程帶來了巨大的安全隱患[4]。目前，已經(jīng)有非易燃易爆溶劑應(yīng)用于多種類型產(chǎn)品噴涂前除油工序，但尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于噴涂燒蝕隔熱涂層。本文使用非易燃易爆溶劑SK-410B(北京晟昌盛達(dá)商貿(mào)有限公司)替代汽油作為燒蝕隔熱涂料的稀釋劑，以減少汽油的使用量，并測試了涂層的剪切強度、低溫性能、沖刷隔熱性能等。

1 實驗

1.1 涂層制備工藝

涂層噴涂流程為：噴涂表面處理劑→干燥15～30 min→配制隔熱涂料→噴涂燒蝕隔熱涂層(多遍)→測量涂層厚度。涂層由組分A、固化劑B組成。首先將組分A、固化劑B按比例混合均勻，然后加入稀釋劑調(diào)節(jié)涂料黏度至30～40 s，噴涂成型。傳統(tǒng)的稀釋劑為120號汽油，本文使用非易燃易爆溶劑SK-410B代替汽油作為稀釋劑，按照相同的噴涂流程噴涂燒蝕隔熱涂層。

1.2 SK-410B主要性質(zhì)

SK-410B溶劑為烷烴類物質(zhì)組成的混合物，如石油分解中間體、滲透劑、阻燃劑、SP穩(wěn)定劑、脫脂助劑等。SK-410B溶劑為無色透明液體，具有輕微溶劑味，密度(20℃)為(1.150±0.010)g/cm3，閃點>95℃。SK-410B溶劑具有揮發(fā)速率快、揮發(fā)徹底無殘留的特點。

1.3 涂層性能測試

1.3.1剪切強度測試方法

試片使用2 mm厚經(jīng)陽極化的2A12鋁板；用鉛筆劃定好搭接面積：20 mm×15 mm；在搭接面上噴涂一層表面處理劑，室溫下晾置15～30 min；將固化劑B和一定量的SK-410B溶劑加到涂料中并攪拌均勻，調(diào)整至涂料的刮涂黏度20～30 s，立即用玻璃棒在試片上刮一層涂料，不需晾置，在0.5 h內(nèi)搭接；裝入夾具后施以接觸壓力，室溫固化7 d后測試，共測試5組。

1.3.2低溫性能測試方法

試片制備，50 mm×100 mm×1 mm經(jīng)陽極化的

2A12鋁板，涂層厚度1.0～1.2 mm，在室溫下固化7 d后，進(jìn)行試驗；

試驗儀器，低溫箱(-60℃～常溫)、曲率半徑260 mm木模；

試驗步驟，首先將低溫箱的溫度調(diào)至(-45±4)℃；然后將試片放置于低溫箱中，保溫1 h；取出后立即在曲率半徑為260 mm的模板上彎曲；目測涂層表面狀態(tài)。

1.3.3濕熱試驗

濕熱試驗試片規(guī)格為50 mm×100 mm×1 mm經(jīng)陽極化的2A12鋁板。試驗條件：30～60℃，相對濕度85%～95%，一個周期24 h，試驗時間21 d。

1.3.4沖刷隔熱性能試驗

采用電弧風(fēng)洞試驗考核涂層的耐沖刷隔熱性能，涂層厚度為3.5～4.0 mm。電弧風(fēng)洞試驗輸入條件見表1。

表1 電弧風(fēng)洞試驗輸入條件Tab.1 Input conditions for arc-heated tunnel test

2 試驗結(jié)果

2.1 剪切強度

5組剪切試驗結(jié)果分別為1.7、1.8、1.6、1.6、1.7 MPa，平均值為1.68 MPa。技術(shù)條件要求剪切強度不小于1.3 MPa。因此使用SK-410B作為稀釋劑后，涂層的剪切強度可以滿足使用要求。

2.2 低溫性能測試

低溫性能測試前后的圖片對比情況見圖1?？梢钥闯?，經(jīng)過低溫并彎曲后，涂層的表面沒有發(fā)生斷裂。使用10倍放大鏡目視檢查后，也沒有發(fā)現(xiàn)微小的裂紋。這說明使用SK-410B代替汽油噴涂后，涂層在低溫下的韌性仍然較好。

圖1 低溫性能測試結(jié)果Fig.1 Results of low temperature performance test

2.3 濕熱試驗結(jié)果

經(jīng)過濕熱試驗后，涂層與試片結(jié)合良好，沒有出現(xiàn)“起泡、脫落”現(xiàn)象。

2.4 沖刷隔熱性能試驗

2.4.1試片外觀變化

經(jīng)過第一臺階80 s的試驗后，涂層保持完好。經(jīng)過第二臺階80 s的試驗后，除涂層表面被燒蝕外，涂層外形基本保持完好。試驗前后試片見圖2(其中氣流方向為從右向左)?？梢钥闯觯繉优c鋁合金基體結(jié)合良好，沒有出現(xiàn)“鼓泡、脫落”等現(xiàn)象。這說明使用SK-410B作為稀釋劑噴涂的涂層抗沖刷性能良好，可以滿足試驗要求。

圖2 抗沖刷性能試驗結(jié)果Fig.2 Results of erosion resistance test

2.4.2試片背溫變化

圖3為試片背溫變化曲線?？梢钥闯觯涸嚻淖罡弑趁鏈囟葹?5℃。這說明涂層具有良好的隔熱性能，可以滿足“背溫≤90℃”使用環(huán)境要求。

圖3 背溫變化曲線Fig.3 Back temperature curves of the sample

3 結(jié)論

采用SK-410B溶劑代替汽油作為燒蝕隔熱涂層的稀釋劑。涂層的剪切強度均>1.3 MPa；涂層具有良好低溫性能和耐濕熱性能；經(jīng)過電弧風(fēng)洞試驗，涂層具有良好的抗沖刷性能和隔熱性能。