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)

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Tab.1 Input conditions for arc-heated tunnel test

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Fig.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Fig.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Fig.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。