[發明專利]一種硼酚醛樹脂/環氧改性有機硅樹脂耐燒蝕防護涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710375295.4
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107201171B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 李芝華;段芳芳
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C09D183/06
• 分類號: C09D183/06;C09D183/10;C09D161/14;C09D5/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種硼酚醛樹脂/環氧改性有機硅樹脂耐燒蝕涂層及其制備方法，該耐燒蝕涂層由環氧改性有機硅樹脂、FB樹脂、耐高溫填料等原料通過熱固化制成，其制備方法為將FB樹脂和環氧改性有機硅樹脂溶于正丁醇，攪拌均勻后，加入耐高溫填料，球磨粉碎、過篩，所得粉末與助劑攪拌均勻，并用二甲苯調整粘度后，涂刷或噴涂至基體表面，加熱固化，即得；該耐燒蝕涂層具有力學性能良好、耐燒蝕性能優異、性能穩定、可噴涂、成本低廉的優點，且制備方法簡便、高效，適合工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種耐燒蝕防護涂層，特別涉及一種硼酚醛樹脂/環氧改性有機硅樹脂耐燒蝕防護涂層及其制備方法，耐燒蝕防護涂層可用于飛行器表面，通過犧牲自己來阻止高溫熱流對基體材料的直接損害，燒蝕后形成的碳化層將繼續保護基材免于熱氣流的沖刷，屬于表面工程技術領域。

背景技術

當飛行速度超過2馬赫數時，飛行器表面的溫度可達到600℃，與鋁合金的熔點大致相同。這對飛行器的安全性和可靠性是災難性的，因為巨大的熱量穿過飛行器的表面被傳遞到飛行器內部的敏感電子和機械組件，將導致飛行器過熱和甚至癱瘓。所以必須尋求可靠和充分的保護使飛行器免于受熱沖擊的傷害。雖然陶瓷本身具有優異的熱性能、機械性能和耐沖擊性，但是陶瓷由于局部過熱或剝離導致燒蝕層和基底之間的熱性能不匹配，易受到性能退化的影響，所以陶瓷通常不是用于飛行器防熱涂層的候選物。一些有機耐燒蝕防熱涂層，如環氧樹脂涂層，酚醛樹脂涂層和有機硅樹脂涂層作為防熱候選涂層具有重要意義，甚至可能超過陶瓷涂層。尤其是在保護飛行器的執行器免于火箭發動機高溫排氣火焰的侵蝕和燒蝕具有較大潛力。這是因為有機耐燒蝕防熱涂層不僅跟基底之間具有較好的結合力，當遭受上千度的熱流沖刷時，有機耐燒蝕防熱涂層將犧牲自己吸收大量的熱來保護基底，并且燒蝕之后在基底表面形成的炭化層將繼續保護基底。

在3000℃的氧乙炔燒蝕下，環氧樹脂的線燒蝕率為0.36mm/s，有機硅樹脂的線燒蝕率為0.37mm/s，酚醛樹脂線燒蝕率為0.11mm/s，酚醛樹脂表現出較好的耐燒蝕性能。FB樹脂由于B—O鍵能高于C—C鍵能，故FB樹脂固化物(含有硼的三維交聯網狀結構)的耐燒蝕性遠高于普通酚醛樹脂。劉學彬等人(沈陽化工大學學報,2014,28(1):57-64)利用環氧樹脂和硼酚醛樹脂制得耐燒蝕涂層附著力等級為1級，耐沖擊強度為15kg·cm^-1，800℃的殘炭率僅為60％，仍然無法滿燒蝕熱防護以及耐腐蝕性能要求。

發明內容

針對現有技術中制備的耐燒蝕防護涂層存在耐燒蝕性能差、不耐腐蝕的缺陷，本發明的目的在于提供一種耐腐蝕性、力學性能優良且能在1000℃以上短時使用的耐燒蝕防護涂層，該涂層以力學性能和熱性能優異的環氧改性有機硅樹脂為基體，FB樹脂作為環氧改性有機硅樹脂的固化劑的同時可提高涂層的殘炭率，并搭配組合填料以及溶劑的使用，以滿足航天飛行器表面隔熱、耐燒蝕以及腐蝕性能的應用要求。

本發明的另一個目的是在于提供一種成本低、簡便、高效的制備耐燒蝕防護涂層的方法。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種硼酚醛樹脂/環氧改性有機硅樹脂耐燒蝕防護涂層，該耐燒蝕防護涂層由以下質量份組分熱固化而成：環氧改性有機硅樹脂25％～30％，FB樹脂5％～8％，耐高溫填料25％～30％，溶劑35％～40％，助劑0.1％～2％。

現有技術中利用FB樹脂固化環氧樹脂獲得的耐燒蝕涂層800℃的殘炭率僅為60％，其耐燒蝕性能差。環氧改性有機硅樹脂是環氧樹脂改性有機硅樹脂，有機硅是由硅氧烷構成的無機聚合物，具有超強的耐候性、熱氧化穩定性和電絕緣性，但機械性能較差，而環氧樹脂具有粘合力強、機械強度高的優點，但熱性能較差，環氧改性有機硅樹脂集環氧樹脂和有機硅樹脂的優點于一體，并相互彌補了各自的缺陷，因而具有優異的熱性能、防腐性并保持了環氧樹脂良好的機械性能。本發明技術方案以FB樹脂和環氧改性有機硅樹脂為基體制備的耐燒蝕涂層具有更優異的耐燒蝕性能。

優選的方案，所述環氧改性有機硅樹脂的環氧值為0.03～0.08。