一种非烧蚀型树脂基隔热涂料及其性能研究

2021-08-30李盼盼乔懿元刘晓丽

航天制造技术 2021年4期

李盼盼乔懿元张帅张乐刘晓丽

一种非烧蚀型树脂基隔热涂料及其性能研究

李盼盼乔懿元张帅张乐刘晓丽

（北京新风航天装备有限公司，北京 100854）

以某飞行器电缆罩在飞行过程及地面高温环境的实际使用为牵引，采用高残炭量酚醛改性有机硅树脂为基体，研究出了一种非烧蚀型树脂基涂料。在有限的空间内对电缆罩表面进行保护，有效地避免了飞行器在使用过程中的风险。对涂料的喷涂工艺与试验结果进行了分析，并通过飞行试验考核。

隔热涂料；喷涂工艺；电缆罩

1 引言

某飞行器在沙漠、太阳直射等极端条件下，贮运筒内温度会达到60℃。加上飞行过程中气动热的作用，飞行器电缆罩的壁温会达到200℃。而电缆罩内部电缆为PVC材质，长时间工作温度仅为70℃。该电缆接近100℃时，会出现材质变软、外皮变形的现象，因此飞行器工作过程中存在着巨大风险[1]。

为了提高产品的可靠性与稳定性，有三种解决方案，分别为：a.更换耐高温电缆；b.电缆罩内部粘贴隔热材料；c.电缆罩外表面喷涂隔热涂料[2]。

若更换电缆，成本昂贵且型号进度无法保障，若采用电缆罩内部粘贴隔热材料，某公司给出的报价是15000元/套，且有电缆罩内部产生多余物的风险。经过对比分析，本项目采用第三种方案，成功研制出电缆罩隔热涂料RP10，采取不占用罩内有限空间的方式对电缆罩进行外表面防护，有效规避飞行器工作过程中的潜在风险[3]。图1为喷涂了RP10的电缆罩产品。

图1 喷涂RP10下电缆罩中段产品图

2 涂层制备

将空心隔热填料、阻燃剂等填料进行100℃下的除水处理；将阻燃剂、助剂逐步添加到高残炭量酚醛改性有机硅树脂中，并加入一定量乙醇，将整个体系放入砂磨机中进行20min的砂磨处理，完成后逐步加入空心隔热填料，并加入配套稀释剂将上述涂料黏度调制到25～30s（涂-4杯测量），使用转速1000r/min上的高速搅拌机搅拌，搅拌均匀后过100目筛子待用。

3 涂层喷涂制备工艺

喷涂过程参数见表1。按照工艺流程及成型参数，下电缆罩外涂层光滑致密，厚度0.9～1.1mm，无针孔、气泡、拉丝等缺陷，涂层附着牢固。

表1 喷涂过程参数表

参加试验的三件产品为外表面涂有(1.0±0.1)mm涂层的下电缆罩，各件产品的涂层厚度，具体见表2。由表中数据可以看出，涂层厚度均匀可控，满足0.9～1.1mm的要求。

表2 涂层厚度记录表 mm

3 试验情况

3.1 力学及热物理性能测试

该型涂层开展了附着力和剪切强度（常温和100℃）等力学性能测试，以及密度、比热容、热导率、平均热膨胀系数等热物理性能测试，试验测试按照对应标准进行，测试结果均为实测平均值。测试结果详见表3。

表3 涂料物理性能技术指标统计表

并补充验证了该型涂层的其它性能参数，同批试片测试结果如表4所示。冲刷实验结果如图2。

表4 同批试片测试结果

图2 冲刷实验结果图

3.2 隔热性能试验

整个试验分两个阶段，第一阶段对电缆罩内部预热，直到电缆罩内部有两个电缆点温度超过50℃，第二个阶段根据设计温度曲线实际控温，监测电缆罩内各个测试点的温度。

参试电缆在试验过程中，主要技术指标均在允许范围，电缆的绝缘保护层没有出现变形或变质，电缆没有出现故障。实际控温曲线准确地实现了设计温度，设计温度曲线及实际温度曲线符合性良好，误差控制在5%以内，可以有效地表征试验结果。

截取热试验过程的主要部分，即设计温度曲线阶段，从设备响应作为初始点，图3、图4为金属电缆罩的热试验温度曲线。

图3 金属电缆罩热试验温度控制曲线图

图4 金属电缆罩热试验温度监测曲线图

图5 电缆罩（涂覆RP10）热试验温度控制曲线图

图6 电缆罩（涂覆RP10）热试验温度监测曲线图

图5、图6为涂覆RP10的电缆罩典型实验结果，统计试验件各监测点的最高温度如表5所示，可以看到，三件产品的电缆监测点温度全部控制在70℃以内。所有试验件的电缆最高温度均低于金属电缆罩，且低于70℃。从图7可以看出，隔热涂料RP10对下电缆罩的隔热改进效果明显。

表5 监测点最高温度 ℃

图7 热试验不同产品电缆最高温度

3.3 环境适应性鉴定

表6为涂料环境适应性能技术指标，从中可以看出涂料RP10具有较好的自然环境适应性要求。

表6 涂料环境适应性能技术指标

3.4 飞行试验

飞行试验后，产品涂层没有任何烧蚀量，涂层颜色略发黄。

4 结束语

RP10涂料属非烧蚀型隔热涂料，密度低于0.7g/cm3，热导率仅为0.15w/mk，具有良好的环境适应性，达到了国内先进水平。使用该涂料涂覆于下电缆罩外表面约(1.0±0.1)mm，用以阻隔热量向电缆罩内部传导，降低电缆的表面温度，可有效保证电缆产品表面温度低于70℃。目前该涂料已应用于多个类型电缆罩的外防热，顺利通过飞行试验考核，至今无任何质量问题。

1 马天信，李晓奋. HG系列防热隔热涂层的研究及其性能试验[J]. 航天制造技术，2015(4)：1～4

2 王百亚，王秀云. 一种航天器用外热防护涂层材料研究[J]. 固体火箭技术，2005(3)：216～217

3 李盼盼，乔懿元，胡建明，等. 某异型构件表面防热涂层的缺陷控制[J]. 航天制造技术，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