(57)【要約】【課題】  極度の高温に対する保護を必要とするロケットモータや機体構造で使用される改善された耐熱材を提供する。【解決手段】  ロケットのモータケースや機体面への使用に適した断熱材が提供される。この断熱材は、コルク粒子と、複数の繊維と、シロキサン基のバインダと、の混合物を含む。コルク粒子とバインダと繊維は、バインダ１０〜１００部対繊維０．１〜５０部対コルク１〜１００部の質量比で含まれる。断熱材は、均質または非均質の組成を有することができ、複合材であってもよい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
コルク粒子と、複数の繊維と、シロキサン基のバインダと、を含むことを特徴とする断熱材。
【請求項２】
前記コルク粒子は、４０メッシュおよび／または８０メッシュおよび／または１２０メッシュおよび／またはより微細なコルク粒子および／またはコルクウエハ／シェービングを含むことを特徴とする請求項１記載の断熱材。
【請求項３】
前記繊維は、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、炭素繊維、酸化アルミニウム繊維、窒化ケイ素繊維、およびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の断熱材。
【請求項４】
前記コルク粒子、前記バインダ、および前記繊維は、バインダ１０〜１００部対繊維０．１〜５０部対コルク１〜１００部の質量比で含まれることを特徴とする請求項１記載の断熱材。
【請求項５】
プライマとカップリング剤の少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の断熱材。
【請求項６】
前記バインダは、噴霧ヘッドを用いた収束噴霧用途において２００００ｃｐｓ以下の粘度を有し、非収束噴霧／非噴霧用途においては無制限の粘度を有することを特徴とする請求項１記載の断熱材。
【請求項７】
コルク粒子と、繊維と、シロキサン基のバインダと、の混合物を用意し、
前記混合物を噴霧または他の方法で保護面に被覆するとともに／または、
コルク粒子と、繊維と、シロキサン基のバインダと、の混合物を用意し、
前記混合物を混合すると同時に保護面に噴霧するか、他の方法で混合すると同時に保護面に被覆するステップをそれぞれ含むことを特徴とする断熱材の形成方法。
【請求項８】
前記混合物を用意するステップは、前記コルク粒子、前記バインダ、および前記繊維が、バインダ１０〜１００部対繊維０．１〜５０部対コルク１〜１００部の質量比で含まれる混合物を用意することを含むことを特徴とする請求項７記載の断熱材の形成方法。
【請求項９】
噴霧または他の方法で被覆された混合物を硬化して、前記面に１つまたはそれ以上の断熱層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の断熱材の形成方法。
【請求項１０】
前記噴霧／被覆ステップの前に、前記面にプライマとカップリング剤の少なくとも一方を被覆することをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の断熱材の形成方法。
【請求項１１】
断熱材が被覆された機体面であって、前記断熱材は、コルク粒子と、複数の繊維と、シロキサン基のバインダと、の混合物を含むことを特徴とする断熱材が被覆された機体面。
【請求項１２】
断熱材が被覆されたモータケースであって、前記断熱材は、コルク粒子と、複数の繊維と、シロキサン基のバインダと、の混合物を含むことを特徴とする断熱材が被覆されたモータケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境およびマルチマッハ速度の流体剪断にさらされるロケットのモータケースや機体面に特に有用な断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットや宇宙船の用途では、２５００°Ｒより高温でかつマルチマッハ速度の流体剪断の環境で、ロケットのモータケースを７４５°Ｒ以下に保たなければならないという設計上の問題がある。おおよそ１０００°Ｒでは、典型的なシロキサン基材料は、重合体からケイ砂に分解してしまう。約２２００°Ｒでは、ケイ砂は、耐久性のあるケイ素の炭化層に変態する。
【０００３】
この環境では、外側の熱が断熱材の表面に侵入してしまうので、１つの課題は、比較的深く形成されるケイ砂層が、高速飛行中に経験される剪断力によって変更されない下の材料面から剥がれるのを防止することである。定位置に保持されれば、シリカが上昇する温度勾配に従って耐熱性のある炭化層に変態する。他の課題は、最小の厚さおよび質量の耐熱材によって、所定の任務および所定の耐用寿命にわたってモータケースまたは機体面が過熱から十分に保護されるように、下の材料への熱伝導を最小化することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、極度の高温に対する保護を必要とするロケットモータや機体構造で使用される改善された耐熱材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的は、本発明の断熱材によって達成される。
【０００６】
本発明によると、断熱材は、コルク粒子と、複数の繊維と、シロキサン基のバインダと、の混合物を含む。この断熱材は、均質または非均質の組成を有することができ、複合材であってもよい。シリコーン−繊維−コルクのアブレーション用材料の他の詳細、およびこれに伴う他の目的および利点は、以下の実施形態に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の断熱材は、シロキサン基のバインダに含まれる４０−８０−１２０メッシュおよび／またはより微細なコルク（ｃｏｒｋ）粒子および／またはコルクウエハ／シェービングおよび繊維の任意の混合物を使用する。本発明に関するコルク材料の全ての形態を“コルク粒子”と呼ぶ。バインダは、ジェネラル・エレクトリック社のＲＴＶ６２７、ＲＴＶ６１５、ＲＴＶ５１１、ＲＴＶ５６０、ＲＴＶ５７７、ＴＳＥ３２６、ＲＴＶ６５５、ＲＴＶ６０、ＲＴＶ６３０、ＲＴＶ６５６、ダウ・コーニング社のシラスティック（Ｓｉｌａｓｔｉｃ）  Ｅ、シラスティック  Ｊ、シラスティック  Ｌ、シルガード（Ｓｙｌｇａｒｄ）  １８２、シルガード  １８４、シルガード  １８６、３−６８９１、３−６０７７、９３−１０４、９６−０８３、３−６０７７、３−３５１６、６−１１０４、６−１１２５、ＲＴＶ  ３１１０、ＲＴＶ  ３１０４、ＲＴＶ  ３１１２、ＲＴＶ  ３１２０、ＲＴＶ  ７３６、ＲＴＶ  ７５２、ＲＴＶ  ８３２、ＲＴＶ  ７３６、エレクトロライト社のＥＬＣ−３２５、インサルキャスト社のＲＴＶＳ  ８２８、テクノ社のＴＳＥ−３３３１の市販のバインダ、および硬化剤や被覆用プライマの混合物を利用する混合物を含むがこれに限定されない他のバインダを含む群から選択することができるが、これらのバインダに限定されない。バインダの粘度は、収束噴霧用途では２００００ｃｐｓ以下であり、非収束噴霧用途では無制限である。２００００ｃｐｓよりも大きい粘度を有するバインダは、メチルエチルケトンなどの溶媒を使用して収束噴霧用途のために薄めることができる。コルク粒子は、ウィスコンシン州、トレヴァー所在のアモリム・インダストリアル・ソリューションズ社や、ニューヨーク州、ハウパーグ所在のマントン・インダストリアル・コルク・プロダクツ社から供給される市販の粒子とすることができる。繊維は、アラミド（ケブラー  ＫＥＶＬＡＲ）、ＰＢＯポリ（（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール））、炭素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、およびこれらの混合物とすることができるが、これらに限定されない。繊維の長さは、０．５ｍｍ〜１５．０ｍｍとすることができる。コルク充填材は、最終的な成分の混合物を表面に噴霧することができる限度まで増加することができる。
【０００８】
繊維は、アブレーション用炭化層の保持を促進するために断熱材に加えられ、熱的な変態時に脆弱になるおそれがあるシロキサン／コルク材料のための安定化マトリックスを提供する。繊維は、ロケットのモータケースまたは機体面に層状に使用するために要求される値よりも断熱材の冷間２軸可撓性が低くならない量で加えられる。可撓性を有する皮膜を必要としない機体面には、最終的により硬い断熱材が得られる、繊維含有量が比較的高い断熱材混合物を使用することができる。
【０００９】
コルク対バインダ対繊維の質量比は、混合成分として必要とされるプライマを除いて、バインダ１０〜１００部対繊維０．１〜５０部対コルク１〜１００部である。
【００１０】
断熱材は、定められた成分配合表に従って調整された混合物として、表面上に３つの全ての成分を所定の厚みで噴霧することによって形成可能である。続いて、断熱材は、室温以下、室温、または高温にさらすことによって特定の時間にわたって硬化される。最終的な断熱材は、成分比が明確に変更された層を含むように形成可能である。噴霧圧力やオリフィスの寸法は、シロキサンバインダの粘度とともにコルクの粒径、繊維の長さ、および成分比によって決まる。断熱材の全体厚さは、機体の寿命サイクルの必要条件によって決まり、通常は１．０インチ（２５．４ｍｍ）を越えない。断熱部の断面積は、典型的に特定の用途や設計によって決まる。コルクおよび／または繊維をシロキサンバインダと混合して被覆面に噴霧／被覆する前に、最低限のカップリング剤やプライマを先に被覆して硬化することが必要でありうる。断熱材を保護面に被覆する前に、ボンド面に控えめに被覆されるとともに乾燥／硬化される種々のカップリング剤には、デュポン社のタイザー（Ｔｙｚｏｒ）、ダウ・コーニング社の３−６０６０、９２−０２３、シルガード・プライム・コート（Ｓｙｌｇａｒｄ  ｐｒｉｍｅ  ｃｏａｔ）、Ｐ５２００、ＤＣ１２００、ＤＣ１２０４、Ｐ５２０４、ＤＣ１２０５、ジェネラル・エレクトリック社のＳＳ４００４、ＳＳ４０４４、ＳＳ４１２０、ＳＳ４１５５、ＳＳ４１７９が含まれるが、これらに限定されない。断熱材が保護面に直接噴霧／被覆される場合には、最終製品を形成するようにコルクおよび／または繊維をシリコーンバインダと混合するとともに表面に噴霧／被覆する前に、まず、必要なカップリング剤やプライマを被覆面に被覆して硬化させる。最終製品の硬化に必要な時間および温度は、使用される正確なシロキサンバインダ／硬化剤／混合物／充填材によって決まる。硬化温度は、室温以下の温度から６００°Ｆ（１０５９．６７°Ｒ）の範囲とすることができ、２０秒〜１００時間の範囲の硬化時間が必要でありうる。正確な時間や温度は、使用される材料／バインダ／混合物／充填材／硬化剤、硬化部の厚み、および利用可能で使用される硬化環境によって決まる。
【００１１】
最終的な断熱製品は、機体の保護面やロケットのモータケースなどの最終的なボンド面に直接噴霧／被覆されるか、あるいは取外し可能に形状づけられた型面に噴霧／被覆され、その後で最終的なボンド面すなわち機体の保護面に設置するために硬化されるとともに取り外される。
【００１２】
ロケット、ブースタ、または他の機体面では、予硬化および予形成された多層断熱アセンブリを接着剤によってこれらの面に設置することができ、カップリング剤／プライマは使用しても使用しなくてもよい。続いて、接着剤の硬化時に断熱アセンブリと機体面との間に均一の締め圧力を提供するように、これをオーバラップ（ｏｖｅｒ−ｗｒａｐ）することができる。硬化は、室温以下、室温、または高温にさらすことにより、特定の時間にわたって材料を固めるすなわち架橋させるとともに／または隣接面に付着させる処理である。オーバラップ硬化の目的は、硬化した接着剤層を使用して断熱アセンブリと機体保護面との間に均一でかつ高品質の接着部を形成することである。また、断熱アセンブリは、プライマを被覆または被覆していない機体面に直接噴霧／被覆して、各々の層を連続的に被覆することができるとともに、連続する部分的な／完全な層硬化段階および／または所定位置における一度の硬化によって硬化することができる。非断熱層が最終的な断熱アセンブリに含まれるように、このような層をアセンブリ層の積層時に追加することもできる。
【００１３】
収束噴霧用途では、表面の被覆時に調整された量の材料がスプレーヘッドで混合される。
【００１４】
プライマ／カップリング剤は、接着剤を使用して上記の面に接着させる前の予硬化断熱アセンブリ／層に被覆することもできる。
【００１５】
本発明の断熱材は、マッハ飛行速度で発生する空力加熱から面を保護するとともに、有利な性能対質量比およびコストを提供する。断熱材は、割れや剥がれを生じずに保護面とともに２軸方向で膨張および収縮し、実質的に全ての戦術的な動作温度で機能を果たす。また、自社開発の雷撃緩和アセンブリの一部として、それ自体の損傷レベルを許容できる程度に抑えるとともに、保護面を損傷させないで落雷に耐えることができる。さらに、自社開発の電撃緩和アセンブリの一部として、保護面を空力加熱から断熱するとともに、異なる位置における複数の雷撃の前後において、過酷なマッハ飛行中に保護面温度を許容される最大値以下に保つ。本発明は、フェノールコルクシート材料のプラグイン交換部品である。また、本発明は、ＡＳＴ  シルコーク（Ｓｉｌ−ｃｏｒｋ）やロッキード・マーティン社のＭＡ−２５などの他の断熱材よりも低コストおよび／または良好に機能する代替物である。さらに、本発明の材料は、緩和できない環境や安全上の問題を生じさせない材料である。
【００１６】
本発明によって、上述の目的、手段、および利点を完全に満たす、シリコーン−繊維−コルクのアブレーション用材料が提供されることは明らかである。本発明を詳細な実施例に関して説明したが、当業者には、他の代替物、改良、および変更は明らかである。従って、本発明は、請求項の範囲に含まれるこのような代替物、改良、および変更を含むことを意図している。