有机消融涂层防热隔热机理及组成分析

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1、制造技术研究2013年4月第2期制造技术研究有机消融涂层防热隔热机理及组成分析马天信（西安长峰机电研究所，西安710065）摘要：讨论了有机消融材料防热隔热的机理，对消融涂层的组成和各种影响因素作了分析，为消融涂料的研究与应用提供了依据。关键词：热防护；有机聚合物；消融涂料；功能性填料OrganicAblativeCoatingThermalProtectionMechanismandCompositionMaTianxin（Xi’anChangfengResearchInstituteofMechanism

2、andElectricity,Xi’an710065）Abstract：Themechanismofthermalprotectionandthermalinsulationoforganicablativematerialsarediscussed.Thecompositionandeffectivefactorsoforganicablativecoatingareanalysedinthisarticle.Keywords：thermalprotection；organicpolymers；ablati

3、vecoating；functionaladditive1引言也同样承受热冲击和高压气流的冲刷，对其进行抗烧蚀、抗冲击、耐高温的设计也是必不可少的技术要求有机消融材料又称为有机烧蚀材料，是航天航空之一。在设计防热隔热方案时，对导弹舱体的高温、工业必不可少的材料之一，是宇航工业获得快速发展高冲刷部位以及配套动力系统设备，多数采用以有机的基础。有机消融涂料是消融材料的一个分支，由于聚合物为基体材料的消融涂料实施防护。涂料在形成其热防护能力强、热导率低、密度小、施工简便（不涂层前，它属于一种粘性的多组分液体，喷涂不

4、受产受基体形状的影响），所以成为宇航工业应用最为普品形状的限制，可以根据热防护的技术要求，涂层可[1]遍的一种热防护材料。它可以应用于导弹发射装备厚可薄，工艺性良好。此外，在高温冲刷情况下，涂（发射架、发射筒、发射箱、发射台等）、发动机燃层就会发生物理化学变化，引起涂层分解消融，自我烧室内外热防护、导弹上升段的气动热防护和其它一“牺牲”带走大量的热量，使导弹及其控制系统的温[2～4]些飞行器上。上世纪70年代以来，人们针对有机消度降低到安全范围，达到设计的预期目标。融材料做了大量开发性研究工作，其中有机消融涂

5、料是其中主要的品种之一。随着现代高速、高加速导弹2有机消融涂层热防护机理技术的迅速发展，与其相应的热防护措施也成为重点研究方向。高速飞行，由于气动摩擦产生高温，其温消融就是指物质损伤自己的形状来吸收热量和度在很短时间内迅速提高，加之高压、高速冲刷气流抵抗外部冲刷以阻止热量继续传到内部去的过程。消等恶劣条件，会产生极其苛刻的热冲击破坏弹体及其融材料有复合材料、涂层材料、橡胶材料等。有机消控制系统。此外，与导弹配套的动力系统和发射系统，融涂层，是指涂层的基体材料（起粘合和成膜作用的作者简介：马天信：（1963-）

6、，研究员，高分子材料专业；研究方向：热防护材料、粘接材料、发泡材料、防腐材料等的研究与应用。收稿日期：2012-02-2810制造技术研究航天制造技术树脂）是有机聚合物，有机聚合物将各种功能材料粘能性填料和特种助剂，这些填料和助剂在高温有些分合到一起并附着在保护体的表面。有机聚合物大多是解、有些阻燃、有些增强、有些隔热、有些参加化学碳氢聚合物，在高温容易分解变成气体-(-CH2)--n，反应，每种功能相互联系，互为一体。在高温环境下，吸收的热量比金属铜受高温变成气体吸收的热量还原物与原物之间、原物与分解残留物

7、之间、分解残留[5]大。此外，有机聚合物的酚醛树脂和1010钢相比，物与分解残留物之间发生高吸热的化学反应，这种相在同样氧-乙炔火焰（3310.8K）的烧蚀下，测定的AR互之间的化学反应也能带走一部分热量。如果配方设值（线烧蚀率）分别是0.112mm/s和0.336mm/s，有计合理，物质之间的反应吸热可达到有机聚合物裂解[6]机聚合物耐烧蚀性也优于一般金属。因此，特定的吸热量的几倍。有机聚合物是消融材料最佳的选择。作为有机消融涂2.4熔化发泡吸热层，有机聚合物的耐热性、耐烧蚀性对涂层的消融性一般的有机消融涂

8、料，在配方研究时，会加入一起着重要作用，决定了涂层的耐热、耐冲刷和耐烧蚀些在高温环境下，发生熔化和相变的功能填料（例如：性。此外，根据其应用背景，消融涂料也要选择性的多聚硅化物、多聚磷化物、多聚硼化物等），在高温添加一些特种助剂和功能性填料，增加其特有的实用环境下，功能填料加热熔化和相变，同时有小分子的性和功能性，这样才能形成一个完整的材料体系。放出，熔化物发泡成膜，形成自然的粘性液体泡沫材2.1热