ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ КЛАССА "СОЛНЕЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ" ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК C09D5/33 C09D1/02 C09D5/24 

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса «солнечные отражатели».

Терморегулирующие покрытия (ТРП) используются в пассивной системе терморегулирования космических аппаратов (КА). Их наносят на внешнюю поверхность узлов и конструкций КА. Основное назначение ТРП - поддержание теплового баланса КА, обеспечивающего надежность и длительность функционирования его в космическом пространстве.

Применение углепластиков в конструкциях и узлах КА взамен металлических материалов вызвало необходимость создания нового класса ТРП, обладающего требуемыми оптическими свойствами и хорошей адгезией к этим материалам в течение всего срока активного существования КА. Помимо того, что углепластики не обладают оптическими характеристиками, предъявляемыми к внешним поверхностям систем терморегулирования, они подвержены уносу.

Имеется ряд терморегулирующих покрытий класса «солнечный отражатель» для металлических поверхностей с требуемыми оптическими характеристиками (алюминиевые, магниевые сплавы и др.), но обладающих пониженной адгезией к углепластику и невысокой стойкостью к воздействию факторов космического пространства (ФКП) при длительной эксплуатации (15 лет и более). Аналогом изобретения является покрытие ТРСО-ЦМ (патент RU 2248954) на основе неорганического связующего. В состав покрытия входят компоненты при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

калий метасиликат 24-30 цирконий (IV) оксид модифицированный 33-53 дистиллированная вода 23-37

Кроме того, покрытие имеет ряд технологических недостатков, свойственных всему классу силикатных покрытий на основе жидкого калиевого стекла, - относительная хрупкость и недостаточная эластичность, что снижает срок эксплуатации изделия и его надежность.

В качестве прототипа может служить терморегулирующее покрытие класса «солнечный отражатель» для алюминиевых сплавов (пат. RU 2421490 C1) следующего состава, масс. ч:

LiЖС (водный раствор жидкого   литиевого стекла) 29,42-33,78 BaSO₄ 42,28-43,44 Ва(AlO₂)₂ 3,39-3,61 дистиллированная вода 22,07-23,53

Покрытие имеет высокую стойкость к воздействию ФКП при эксплуатации в течение 15 лет, но обладает низкой адгезией к углепластику.

Задачей изобретения является разработка терморегулирующего покрытия класса «солнечный отражатель», обладающего высокой адгезией к углепластику.

Ожидаемый технический результат заключается в улучшении технологических свойств и увеличении стойкости к ФКП.

Поставленная задача решается тем, что терморегулирующее покрытие класса «солнечный отражатель» для изделий из углепластика на основе водного раствора жидкого литиевого стекла содержит сульфат бария, функциональную добавку и дистиллированную воду, причем в качестве функциональной добавки используют фторцирконат лития с фторалюминатом лития при следующем соотношении компонентов, масс. ч:

LiЖС (водный раствор   жидкого литиевого стекла) 33,14-39,35 BaSO₄ 53,02-56,90 LiZrF₆ или Li₃AlF₆ 0,83-0,90 дистиллированная вода 14,00-16,00

Во втором варианте терморегулирующее покрытие класса «солнечный отражатель» для изделий из углепластика на основе водного раствора жидкого литиевого стекла содержит сульфат бария, функциональную добавку и дистиллированную воду, причем что в качестве функциональной добавки используют фторцирконат лития со стеклянными микросферами размером 0,5 мм при следующем соотношении компонентов, масс. ч:

LiЖС (водный раствор   жидкого литиевого стекла) 33,23-36,9 BaSO₄ 48,94-52,23 LiZrF₆ 0,77-0,83 стеклянные микросферы 0,77-0,83 дистиллированная вода 13,00-14,00

Фторцирконат лития, фторалюминат лития и стеклянные микросферы обеспечивают образование пространственной структуры, что способствует улучшению адгезии и прочностных свойств, способствует увеличению стойкости к ФКП, а также повышает седиментационную устойчивость композиции. Сульфат бария оказывает основное влияние на придание покрытию значений коэффициента поглощения солнечного излучения. Применение водного раствора литиевого жидкого стекла по ТУ 2611-284-00209792 (модуль жидкого литиевого стекла 2,9-3,4, а концентрация водного раствора 20-25%) в качестве матрицы обеспечивает покрытию необходимые прочностные и оптические свойства, предъявляемые к ТРП, а также стойкость к ФКП и газовыделение по ГОСТ Р 50109.

Приготовление композиции проводится методом диспергирования в фарфоровой шаровой мельнице в течение 4-6 ч до степени перетира 35-40 мкм по прибору «Клин». Для нанесения покрытия применяется метод пневматического распыления с использованием ручного краскораспылителя с диаметром сопла 2-2,5 мм. До рабочей вязкости от 20 до 25 с композицию доводят дистиллированной водой. Композицию наносят в 2-3 слоя. Толщина покрытия должна составлять от 120 до 190 мкм. Межслойная сушка составляет 1 час при температуре от 18 до 25°C. Окончательное формирование покрытия составляет 14 суток при температуре от 18 до 25°C.

Перед нанесением покрытия поверхность образцов из углепластика обезжиривается, затем при необходимости слегка зачищается шлифовальной шкуркой для удаления наплывов связующего, после чего обдувается сухим сжатым воздухом, протирается дистиллированной водой и снова обдувается сжатым воздухом.

Пример 1

Композиция изготавливалась методом диспергирования в фарфоровой шаровой мельнице при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

LiЖС (водный раствор жидкого 32,49 литиевого стекла)   BaSO₄ 41,03 Ва(AlO₂)₂ 3,42 дистиллированная вода 23,08

При хранении композиции через 2 месяца образуются крупные агломераты.

Для изготовления покрытия композицию наносили краскораспылителем с диаметром сопла 2,5 мм. Адгезия к углепластику по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 3-4 балла. Адгезия к сплавам типа АМг6 по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 2 балла.

Пример 2

Композиция изготавливалась методом диспергирования в фарфоровой шаровой мельнице при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

LiЖС (водный раствор жидкого 33,14 литиевого стекла)   BaSO₄ 53,02 LiZrF₆ 0,83 дистиллированная вода 14,00

При хранении композиции через 2 месяца агломераты не образуются, осадок рыхлый и легко перемешивается.

Для изготовления покрытия композицию наносили краскораспылителем с диаметром сопла 2,5 мм. Адгезия к углепластику по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 2 балла. Адгезия к сплавам типа АМг6 по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 2 балла.

Пример 3

Композиция изготавливалась методом диспергирования в фарфоровой шаровой мельнице при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

LiЖС (водный раствор жидкого 39,35 литиевого стекла)   BaSO₄ 56,9 Li₃AlF₆ 0,9 дистиллированная вода 16

При хранении композиции через 2 месяца агломераты не образуются, осадок рыхлый и легко перемешивается.

Для изготовления покрытия композицию наносили краскораспылителем с диаметром сопла 2,5 мм. Адгезия к углепластику по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 2 балла. Адгезия к сплавам типа АМг6 по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 2 балла.

Пример 4

Композиция изготавливалась методом диспергирования в фарфоровой шаровой мельнице при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:

LiЖС (водный раствор жидкого 36,90 литиевого стекла)   BaSO₄ 48,94 LiZrF₆ 0,77 стеклянные микросферы 0,77 дистиллированная вода 13,00

При хранении композиции через 2 месяца агломераты не образуются, осадок рыхлый и легко перемешивается.

Для изготовления покрытия композицию наносили краскораспылителем с диаметром сопла 2,5 мм. Адгезия к углепластику по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 2 балла. Адгезия к сплавам типа АМг6 по ГОСТ 15140, метод 4 составляет 2 балла. Разработанное ТРП обладает характеристиками, приведенными в таблице.

В результате введения в рецептуру композиции вместо алюмината бария белых комплексных солей фторидов (фторцирконат лития и фторалюминат лития) или фторцирконата лития и стеклянных микросфер адгезия покрытия к углепластику составила 2 балла.

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса «солнечные отражатели». Терморегулирующие покрытия класса «солнечный отражатель» выполнены на основе вариантов композиций, содержащих при определенных соотношениях водный раствор жидкого литиевого стекла, сульфат бария, функциональную добавку и дистиллированную воду. В качестве функциональной добавки в одном варианте выполнения покрытия композиция содержит белые комплексные соли фторидов (фторцирконат лития и фторалюминат лития). В другом варианте композиция в качестве функциональной добавки содержит фторцирконат лития и стеклянные микросферы размером 0,5 мм. Изобретение позволяет получать терморегулирующие покрытия класса «солнечный отражатель», обладающие высокой адгезией к углепластику, улучшенными технологическими свойствами и повышенной стойкостью к ФКП. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

1. Терморегулирующее покрытие класса «солнечный отражатель» для изделий из углепластика на основе водного раствора жидкого литиевого стекла, содержащее сульфат бария, функциональную добавку и дистиллированную воду, отличающееся тем, что в качестве функциональной добавки используют фторцирконат лития с фторалюминатом лития при следующем соотношении компонентов, масс. ч:
LiЖС (водный раствор   жидкого литиевого стекла) 33,14-39,35 BaSO₄ 53,02-56,90 LiZrF₆ или Li₃AlF₆ 0,83-0,90 дистиллированная вода 14,00-16,00

2. Терморегулирующее покрытие класса «солнечный отражатель» для изделий из углепластика на основе водного раствора жидкого литиевого стекла, содержащее сульфат бария, функциональную добавку и дистиллированную воду, отличающееся тем, что в качестве функциональной добавки используют фторцирконат лития со стеклянными микросферами размером 0,5 мм при следующем соотношении компонентов, масс. ч:
LiЖС (водный раствор   жидкого литиевого стекла) 33,23-36,9 BaSO₄ 48,94-52,23 LiZrF₆ 0,77-0,83 стеклянные микросферы 0,77-0,83 дистиллированная вода 13,00-14,00