[发明专利]一种硼酚醛树脂/环氧改性有机硅树脂耐烧蚀防护涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硼酚醛树脂/环氧改性有机硅树脂耐烧蚀涂层及其制备方法，该耐烧蚀涂层由环氧改性有机硅树脂、FB树脂、耐高温填料等原料通过热固化制成，其制备方法为将FB树脂和环氧改性有机硅树脂溶于正丁醇，搅拌均匀后，加入耐高温填料，球磨粉碎、过筛，所得粉末与助剂搅拌均匀，并用二甲苯调整粘度后，涂刷或喷涂至基体表面，加热固化，即得；该耐烧蚀涂层具有力学性能良好、耐烧蚀性能优异、性能稳定、可喷涂、成本低廉的优点，且制备方法简便、高效，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种耐烧蚀防护涂层，特别涉及一种硼酚醛树脂/环氧改性有机硅树脂耐烧蚀防护涂层及其制备方法，耐烧蚀防护涂层可用于飞行器表面，通过牺牲自己来阻止高温热流对基体材料的直接损害，烧蚀后形成的碳化层将继续保护基材免于热气流的冲刷，属于表面工程技术领域。

背景技术

当飞行速度超过2马赫数时，飞行器表面的温度可达到600℃，与铝合金的熔点大致相同。这对飞行器的安全性和可靠性是灾难性的，因为巨大的热量穿过飞行器的表面被传递到飞行器内部的敏感电子和机械组件，将导致飞行器过热和甚至瘫痪。所以必须寻求可靠和充分的保护使飞行器免于受热冲击的伤害。虽然陶瓷本身具有优异的热性能、机械性能和耐冲击性，但是陶瓷由于局部过热或剥离导致烧蚀层和基底之间的热性能不匹配，易受到性能退化的影响，所以陶瓷通常不是用于飞行器防热涂层的候选物。一些有机耐烧蚀防热涂层，如环氧树脂涂层，酚醛树脂涂层和有机硅树脂涂层作为防热候选涂层具有重要意义，甚至可能超过陶瓷涂层。尤其是在保护飞行器的执行器免于火箭发动机高温排气火焰的侵蚀和烧蚀具有较大潜力。这是因为有机耐烧蚀防热涂层不仅跟基底之间具有较好的结合力，当遭受上千度的热流冲刷时，有机耐烧蚀防热涂层将牺牲自己吸收大量的热来保护基底，并且烧蚀之后在基底表面形成的炭化层将继续保护基底。

在3000℃的氧乙炔烧蚀下，环氧树脂的线烧蚀率为0.36mm/s，有机硅树脂的线烧蚀率为0.37mm/s，酚醛树脂线烧蚀率为0.11mm/s，酚醛树脂表现出较好的耐烧蚀性能。FB树脂由于B—O键能高于C—C键能，故FB树脂固化物(含有硼的三维交联网状结构)的耐烧蚀性远高于普通酚醛树脂。刘学彬等人(沈阳化工大学学报,2014,28(1):57-64)利用环氧树脂和硼酚醛树脂制得耐烧蚀涂层附着力等级为1级，耐冲击强度为15kg·cm^-1，800℃的残炭率仅为60％，仍然无法满烧蚀热防护以及耐腐蚀性能要求。

发明内容

针对现有技术中制备的耐烧蚀防护涂层存在耐烧蚀性能差、不耐腐蚀的缺陷，本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性、力学性能优良且能在1000℃以上短时使用的耐烧蚀防护涂层，该涂层以力学性能和热性能优异的环氧改性有机硅树脂为基体，FB树脂作为环氧改性有机硅树脂的固化剂的同时可提高涂层的残炭率，并搭配组合填料以及溶剂的使用，以满足航天飞行器表面隔热、耐烧蚀以及腐蚀性能的应用要求。

本发明的另一个目的是在于提供一种成本低、简便、高效的制备耐烧蚀防护涂层的方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种硼酚醛树脂/环氧改性有机硅树脂耐烧蚀防护涂层，该耐烧蚀防护涂层由以下质量份组分热固化而成：环氧改性有机硅树脂25％～30％，FB树脂5％～8％，耐高温填料25％～30％，溶剂35％～40％，助剂0.1％～2％。

现有技术中利用FB树脂固化环氧树脂获得的耐烧蚀涂层800℃的残炭率仅为60％，其耐烧蚀性能差。环氧改性有机硅树脂是环氧树脂改性有机硅树脂，有机硅是由硅氧烷构成的无机聚合物，具有超强的耐候性、热氧化稳定性和电绝缘性，但机械性能较差，而环氧树脂具有粘合力强、机械强度高的优点，但热性能较差，环氧改性有机硅树脂集环氧树脂和有机硅树脂的优点于一体，并相互弥补了各自的缺陷，因而具有优异的热性能、防腐性并保持了环氧树脂良好的机械性能。本发明技术方案以FB树脂和环氧改性有机硅树脂为基体制备的耐烧蚀涂层具有更优异的耐烧蚀性能。

优选的方案，所述环氧改性有机硅树脂的环氧值为0.03～0.08。