李盼盼 喬懿元 張 帥 張 樂 劉曉麗

一種非燒蝕型樹脂基隔熱涂料及其性能研究

李盼盼 喬懿元 張 帥 張 樂 劉曉麗

（北京新風(fēng)航天裝備有限公司，北京 100854）

以某飛行器電纜罩在飛行過程及地面高溫環(huán)境的實際使用為牽引，采用高殘?zhí)苛糠尤└男杂袡C(jī)硅樹脂為基體，研究出了一種非燒蝕型樹脂基涂料。在有限的空間內(nèi)對電纜罩表面進(jìn)行保護(hù)，有效地避免了飛行器在使用過程中的風(fēng)險。對涂料的噴涂工藝與試驗結(jié)果進(jìn)行了分析，并通過飛行試驗考核。

隔熱涂料；噴涂工藝；電纜罩

1 引言

某飛行器在沙漠、太陽直射等極端條件下，貯運(yùn)筒內(nèi)溫度會達(dá)到60℃。加上飛行過程中氣動熱的作用，飛行器電纜罩的壁溫會達(dá)到200℃。而電纜罩內(nèi)部電纜為PVC材質(zhì)，長時間工作溫度僅為70℃。該電纜接近100℃時，會出現(xiàn)材質(zhì)變軟、外皮變形的現(xiàn)象，因此飛行器工作過程中存在著巨大風(fēng)險[1]。

為了提高產(chǎn)品的可靠性與穩(wěn)定性，有三種解決方案，分別為：a.更換耐高溫電纜；b.電纜罩內(nèi)部粘貼隔熱材料；c.電纜罩外表面噴涂隔熱涂料[2]。

若更換電纜，成本昂貴且型號進(jìn)度無法保障，若采用電纜罩內(nèi)部粘貼隔熱材料，某公司給出的報價是15000元/套，且有電纜罩內(nèi)部產(chǎn)生多余物的風(fēng)險。經(jīng)過對比分析，本項目采用第三種方案，成功研制出電纜罩隔熱涂料RP10，采取不占用罩內(nèi)有限空間的方式對電纜罩進(jìn)行外表面防護(hù)，有效規(guī)避飛行器工作過程中的潛在風(fēng)險[3]。圖1為噴涂了RP10的電纜罩產(chǎn)品。

圖1 噴涂RP10下電纜罩中段產(chǎn)品圖

2 涂層制備

將空心隔熱填料、阻燃劑等填料進(jìn)行100℃下的除水處理；將阻燃劑、助劑逐步添加到高殘?zhí)苛糠尤└男杂袡C(jī)硅樹脂中，并加入一定量乙醇，將整個體系放入砂磨機(jī)中進(jìn)行20min的砂磨處理，完成后逐步加入空心隔熱填料，并加入配套稀釋劑將上述涂料黏度調(diào)制到25～30s（涂-4杯測量），使用轉(zhuǎn)速1000r/min上的高速攪拌機(jī)攪拌，攪拌均勻后過100目篩子待用。

3 涂層噴涂制備工藝

噴涂過程參數(shù)見表1。按照工藝流程及成型參數(shù)，下電纜罩外涂層光滑致密，厚度0.9～1.1mm，無針孔、氣泡、拉絲等缺陷，涂層附著牢固。

表1 噴涂過程參數(shù)表

參加試驗的三件產(chǎn)品為外表面涂有(1.0±0.1)mm涂層的下電纜罩，各件產(chǎn)品的涂層厚度，具體見表2。由表中數(shù)據(jù)可以看出，涂層厚度均勻可控，滿足0.9～1.1mm的要求。

表2 涂層厚度記錄表 mm

3 試驗情況

3.1 力學(xué)及熱物理性能測試

該型涂層開展了附著力和剪切強(qiáng)度（常溫和100℃）等力學(xué)性能測試，以及密度、比熱容、熱導(dǎo)率、平均熱膨脹系數(shù)等熱物理性能測試，試驗測試按照對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，測試結(jié)果均為實測平均值。測試結(jié)果詳見表3。

表3 涂料物理性能技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計表

并補(bǔ)充驗證了該型涂層的其它性能參數(shù)，同批試片測試結(jié)果如表4所示。沖刷實驗結(jié)果如圖2。

表4 同批試片測試結(jié)果

圖2 沖刷實驗結(jié)果圖

3.2 隔熱性能試驗

整個試驗分兩個階段，第一階段對電纜罩內(nèi)部預(yù)熱，直到電纜罩內(nèi)部有兩個電纜點(diǎn)溫度超過50℃，第二個階段根據(jù)設(shè)計溫度曲線實際控溫，監(jiān)測電纜罩內(nèi)各個測試點(diǎn)的溫度。

參試電纜在試驗過程中，主要技術(shù)指標(biāo)均在允許范圍，電纜的絕緣保護(hù)層沒有出現(xiàn)變形或變質(zhì)，電纜沒有出現(xiàn)故障。實際控溫曲線準(zhǔn)確地實現(xiàn)了設(shè)計溫度，設(shè)計溫度曲線及實際溫度曲線符合性良好，誤差控制在5%以內(nèi)，可以有效地表征試驗結(jié)果。

截取熱試驗過程的主要部分，即設(shè)計溫度曲線階段，從設(shè)備響應(yīng)作為初始點(diǎn)，圖3、圖4為金屬電纜罩的熱試驗溫度曲線。

圖3 金屬電纜罩熱試驗溫度控制曲線圖

圖4 金屬電纜罩熱試驗溫度監(jiān)測曲線圖

圖5 電纜罩（涂覆RP10）熱試驗溫度控制曲線圖

圖6 電纜罩（涂覆RP10）熱試驗溫度監(jiān)測曲線圖

圖5、圖6為涂覆RP10的電纜罩典型實驗結(jié)果，統(tǒng)計試驗件各監(jiān)測點(diǎn)的最高溫度如表5所示，可以看到，三件產(chǎn)品的電纜監(jiān)測點(diǎn)溫度全部控制在70℃以內(nèi)。所有試驗件的電纜最高溫度均低于金屬電纜罩，且低于70℃。從圖7可以看出，隔熱涂料RP10對下電纜罩的隔熱改進(jìn)效果明顯。

表5 監(jiān)測點(diǎn)最高溫度 ℃

圖7 熱試驗不同產(chǎn)品電纜最高溫度

3.3 環(huán)境適應(yīng)性鑒定

表6為涂料環(huán)境適應(yīng)性能技術(shù)指標(biāo)，從中可以看出涂料RP10具有較好的自然環(huán)境適應(yīng)性要求。

表6 涂料環(huán)境適應(yīng)性能技術(shù)指標(biāo)

3.4 飛行試驗

飛行試驗后，產(chǎn)品涂層沒有任何燒蝕量，涂層顏色略發(fā)黃。

4 結(jié)束語

RP10涂料屬非燒蝕型隔熱涂料，密度低于0.7g/cm3，熱導(dǎo)率僅為0.15w/mk，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。使用該涂料涂覆于下電纜罩外表面約(1.0±0.1)mm，用以阻隔熱量向電纜罩內(nèi)部傳導(dǎo)，降低電纜的表面溫度，可有效保證電纜產(chǎn)品表面溫度低于70℃。目前該涂料已應(yīng)用于多個類型電纜罩的外防熱，順利通過飛行試驗考核，至今無任何質(zhì)量問題。

1 馬天信，李曉奮. HG系列防熱隔熱涂層的研究及其性能試驗[J]. 航天制造技術(shù)，2015(4)：1～4

2 王百亞，王秀云. 一種航天器用外熱防護(hù)涂層材料研究[J]. 固體火箭技術(shù)，2005(3)：216～217

3 李盼盼，喬懿元，胡建明，等. 某異型構(gòu)件表面防熱涂層的缺陷控制[J]. 航天制造技術(shù)，2018(5)：42～44

A Non-ablative Resin-based Heat Shielding Coating and Its Performance

Li Panpan Qiao Yiyuan Zhang Shuai Zhang Le Liu Xiaoli

(Beijing Xinfeng Aerospace Equipment Limited Co., Ltd., Beijing 100854)

Based on the actual use of a certain aircraft cable cover during flight and high temperature environment on the ground, a non-ablative resin-based coating was developed based on the using of high residual carbon content phenolic modified silicone resin as the matrix. The surface of the cable cover is protected in a limited space, effectively avoiding the risk of the aircraft in use. The coating process and test results were analyzed and passed the flight test assessment.

heat shielding coating；spraying process；cable cover

V261

A

李盼盼（1986），高級工程師，材料科學(xué)與工程專業(yè)；研究方向：防熱涂層及防熱復(fù)合材料。

2021-05-25