本發(fā)明屬于表面工程，特別涉及一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料、涂層及其制備方法與應用，適應無火箭整流罩保護的大尺寸返回式航天器的火箭待發(fā)射段、發(fā)射上升段和空間飛行段等多種嚴苛環(huán)境條件。

背景技術：

1、熱控涂層是航天器熱控系統(tǒng)的重要組成部分，在高真空的空間環(huán)境下對航天器的熱平衡起到重要作用。目前我國航天器外表面采用有低吸收低發(fā)射型熱控涂層，具有減少太陽輻射吸收和降低紅外輻射散熱功能，針對航天器在太陽輻射及深冷空間經(jīng)歷的復雜溫度環(huán)境可以起到一定的保溫作用，提高艙內(nèi)舒適度。

2、隨著航天器尺寸重量的不斷增加，火箭的運輸空間與運輸動力受到了限制，因此，未來大尺寸返回式航天器可能將不再采用火箭整流罩保護，導致艙體將直接面臨火箭發(fā)射塔降雨環(huán)境、火箭發(fā)射上升段的高溫、高速氣流沖刷環(huán)境，這要求熱控涂層在具備原有耐高低溫交變與耐空間輻照等性能的基礎上，還需新增具備耐淋雨、耐高溫高速氣動沖刷等性能。

3、現(xiàn)有航天器的低吸收低發(fā)射型熱控涂層為有機硅樹脂體系熱控涂層，具有一定的疏水性能，可起到一定的防雨作用，但有機硅樹脂耐熱性能極限在300～400℃，過高溫度會導致樹脂環(huán)化裂解與脫落，因此，在火箭上升段500～600℃的高溫、高速氣流沖刷環(huán)境下，現(xiàn)有低吸收低發(fā)射型熱控涂層會受熱分解脫落，無法滿足后續(xù)空間環(huán)境下的保溫隔熱功能。同時，為保障大尺寸返回式航天器使用的防熱燒蝕材料在火箭上升段不提前受熱分解，這需要最外壁熱控涂層具有一定的氣動環(huán)境隔熱性能，以減少氣動熱傳導至防熱燒蝕材料的熱量?，F(xiàn)有技術中的熱控涂層無法同時滿足上述要求，為提高大型返回式航天器多環(huán)境下的運行穩(wěn)定性，提供一種耐氣動熱環(huán)境的低吸收低發(fā)射熱控涂層及其制備方法具有重要的研究意義和應用背景。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明人進行了銳意研究，提供了一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料、涂層及其制備方法與應用，該熱控涂層包括底層、中層和面層，面層發(fā)揮在空間高真空環(huán)境下的熱輻射抑制作用并保障長期空間輻照環(huán)境下的穩(wěn)定性，起到對大尺寸返回式航天器內(nèi)部的長期保溫功能；中層用于增強面層與底層間的結合力，同時，中層自身具備一定氣動環(huán)境下的耐熱性與熱傳導性，防止熱量停留在面層導致面層受熱損傷；底層為耐高溫涂層，并提供涂層與基材(防熱燒蝕層)間氣動環(huán)境下的優(yōu)良隔熱性能，以避免火箭上升段的氣動熱環(huán)境下返回式航天器的基材(燒蝕防熱層)受熱燃燒。

2、本發(fā)明提供的技術方案如下：

3、第一方面，一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料，包括底層涂料、中層涂料和面層涂料；

4、(i)底層涂料包括如下質(zhì)量份的原料：

5、組分單元a：

6、

7、組分單元b包括乙二醇與空心玻璃微珠，溶液b中空心玻璃微珠添加量為組分單元a體積的25～30％，乙二醇添加量為組分單元a體積的25～30％；

8、(ii)中層涂料包括如下質(zhì)量份的原料：

9、組分單元a：

10、

11、組分單元b：

12、固化劑i?4～10份；

13、(iii)面層涂料包括如下質(zhì)量份的原料：

14、組分單元a：

15、

16、組分單元b：

17、固化催化劑?1～3份；

18、固化劑ii?4～7份。

19、第二方面，一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料的制備方法，包括：

20、將硅酸鹽水溶液、去離子水、硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑和粉體混合，球磨，形成組分單元a；在空心玻璃微球中加入乙二醇，使空心玻璃微球潤濕均勻，得到組分單元b；組分單元b與組分單元a混合攪拌，得到分散均勻的底層涂料；

21、將甲基苯基硅樹脂與溶劑混合均勻，加入填料和玻璃珠，砂磨攪拌，在制備涂層前加入固化劑i，得到分散均勻的中層涂料；

22、在有機硅樹脂中加入溶劑、片狀鋁粉和硅烷偶聯(lián)劑，混合攪拌，使填料分散均勻，在制備涂層前加入固化劑ii和固化催化劑，得到分散均勻的面層涂料。

23、第三方面，一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂層，采用第一方面所述的耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料制備，形成底層、中層和面層復合涂層。

24、第四方面，一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂層的制備方法，包括：基材表面噴涂底層涂料，待底層涂料固化后再噴涂中層涂料，中層涂料固化后，再噴涂面層涂料，烘烤固化后，得到耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂層。

25、第五方面，一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂層在作為航天器空間在軌段熱控涂層方面的應用，或者作為待發(fā)射段時無火箭整流罩條件下航天器艙體表面防雨防腐涂層方面的應用，或者作為火箭發(fā)射上升段無火箭整流罩條件下航天器艙體表面耐氣動沖刷涂層的應用。

26、根據(jù)本發(fā)明提供的一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料、涂層及其制備方法與應用，具有以下有益效果：

27、(1)本發(fā)明提供的一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料、涂層及其制備方法與應用，在涂層內(nèi)部通過復合多層功能性涂層結構設計、界面間匹配性設計，形成了一種底層隔熱、中層導熱耐熱、面層穩(wěn)定低吸收低發(fā)射性能的新型熱控涂層；底層為耐高溫涂層，并提供涂層與基材(防熱燒蝕層)間的優(yōu)良隔熱性能，以避免火箭上升段的氣動熱環(huán)境下返回式航天器的基材(燒蝕防熱層)受熱燃燒；

28、(2)本發(fā)明提供的一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料、涂層及其制備方法與應用，通過耐高溫且導熱的中層過渡搭接底層，起到對底層無機熱控涂層的封孔、界面結合力控制、界面力學緩沖匹配以及多重防水應用性能保障，在達到涂層耐高溫、隔熱、防水要求的同時保障了面層應用的熱控需求和長期空間環(huán)境穩(wěn)定性需求；

29、(3)本發(fā)明提供的一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料、涂層及其制備方法與應用，面層發(fā)揮在空間中高真空環(huán)境下的熱輻射抑制作用并保障空間環(huán)境下的穩(wěn)定性，起到對返回式航天器內(nèi)部的長期保溫功能；

30、(4)本發(fā)明提供的一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂料、涂層及其制備方法與應用，該熱控涂層不再像傳統(tǒng)熱控涂層或者鍍膜材料僅限于對空間段在軌航天器表面發(fā)揮熱控作用，還增加了在火箭發(fā)射塔架上對沒有火箭整流罩保護的航天器艙體起到防雨作用、在火箭發(fā)射上升段對沒有火箭整流罩保護的航天器艙體發(fā)揮隔熱防護作用，即該制備方法下，熱控涂層從僅在空間段發(fā)揮作用延伸到了在待發(fā)射段與發(fā)射段發(fā)揮作用；

31、(5)本發(fā)明提供的一種耐氣動沖刷低吸收低發(fā)射熱控涂層，具有以下特性：

32、(a)外觀金屬色，表面均勻、無起泡、無裂紋、無脫落；

33、(b)厚度：160～290μm(底層厚度為100～200μm，中層厚度為20～40μm，面層厚度為40～50μm)；

34、(c)太陽吸收比：0.15±0.02；

35、(d)半球發(fā)射率：0.16±0.02。

36、(e)熱循環(huán)性能：經(jīng)-196℃～150℃、100次常壓熱循環(huán)試驗后外觀顏色均勻、無明顯色差，涂層均不脫落，熱輻射性能(太陽吸收比與半球發(fā)射率)無變化；

37、(f)耐氣動熱性能：經(jīng)180～240s的高溫、高速氣動沖刷后涂層外觀無變化，(其中氣流恢復焓730kj/kg，剪切力114pa，時間不低于60s，氣流恢復焓1247kj/kg，剪切力29pa，時間不低于30s)低吸收低發(fā)射熱控涂層最高耐溫能力可在180s的580℃有氧環(huán)境下穩(wěn)定存在；

38、(g)隔熱性能：常溫環(huán)境下涂層的導熱系數(shù)在0.13～0.16w/m·k范圍內(nèi)；在該導熱系數(shù)范圍下，涂層受外界高溫、高速氣流沖刷時，熱量堆積后不會長期停留在有機中層、面層，會將熱量傳遞至底層，且該導熱系數(shù)下底中面層具備一定的隔熱能力，可防止涂層在上升段180～240s內(nèi)出現(xiàn)受熱燃燒；

39、(h)防水性能：涂層經(jīng)淋雨環(huán)境24h后吸水率小于0.5％；

40、(i)涂層結合力采用劃格測試優(yōu)于1級。