ПАКЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
HEAT INSULATION PACK AND METHOD OF ITS FABRICATION

Предлагаемое техническое решение относится к многослойным изделиям и технологии их получения, используемым в различных областях техники, в частности в ракетной и авиационной, в которых изделия работают при криогенных температурах и в условиях аэродинамического нагрева и высоких рабочих давлений.
Из патентной литературы известны многослойные изделия, работающие как при криогенных температурах, так и в условиях аэродинамического нагрева, содержащие металлическую оболочку со слоем теплоизоляции в виде пенопласта (RU №2238225, B64D 37/00).
Из-за сложности и длительности технологического цикла приклеивания слоев теплозащиты предложенные многослойные изделия недостаточно надежны.
Этот недостаток частично устранен в техническом решении по патенту RU №2298480, B32B 7/02, «Многослойное изделие и способ его изготовления».
По этому патенту в многослойном изделии, работающем при криогенных температурах и в условиях аэродинамического нагрева и давлений, содержащем металлическую оболочку со слоем теплоизоляции в виде пенопласта и слоем теплозащиты, между металлической оболочкой и слоем пенопласта размещены антикоррозионный и амортизационный слои, слой теплозащиты выполнен из ТПШ-ЭС и клея герметика, а поверх него размещено антистатическое покрытие.
В способе изготовления такого многослойного изделия, заключающемся в напылении пенопласта на предварительно подготовленную металлическую поверхность с последующим нанесением на него защитных покрытий, перед напылением пенопласта на металлическую поверхность последовательно наносят антикоррозионный слой, амортизационный слой, после чего пенопласт дополнительно закрепляют сетью, установленной с использованием клея, а поверх него размещают теплозащиту и антистатическое покрытие.
Недостаток указанного технического решения заключается в длительности цикла изготовления и низкой эксплуатационной надежности пакета тепловой изоляции, включающей криогенную теплоизоляцию в виде пенопласта «Изолан-123» и теплозащиту на основе отформованной шпательной консистенции ТПШ-ЭС, вследствие растрескивания их при высоких рабочих давлениях 1,0÷1,2 МПа и, соответственно, разгерметизации на оболочке из полимерного композиционного материала.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в обеспечении эксплуатационной надежности пакета тепловой изоляции на оболочке из полимерного композиционного материала в условиях криогенных температур, аэродинамического нагрева и высоких рабочих давлений.
Поставленная задача решается тем, что в пакете тепловой изоляции, работающем в условиях криогенных температур, аэродинамического нагрева и высоких рабочих давлений, содержащем изолируемую поверхность со слоем теплоизоляции в виде пенопласта, установленного на амортизационный слой, слоем теплозащиты и закрепленным на последнем антистатическим покрытием, изолируемая поверхность выполнена из полимерного композиционного материала, пенопласт оснащен влагозащитным и герметизирующим покрытием из виброударопрочного клея на основе эпоксидной смолы, лентой из стеклянных комплексных нитей, намотанной с 50% перекрытием витков, скрепленных клеем, и имеющей адгезионный слой, покрытый слоем теплозащиты в виде резиноподобного эластичного покрытия.
Для решения поставленной задачи в пакете тепловой изоляции изолируемая поверхность выполнена из полимерного композиционного материала на основе полимерной пленки с двухсторонним фторопластовым покрытием.
Кроме того, решение поставленной задачи в способе изготовления пакета тепловой изоляции, работающего в условиях криогенных температур, аэродинамического нагрева и высоких рабочих давлений, заключающемся в напылении пенопласта на предварительно подготовленную изолируемую поверхность с последующим нанесением на него теплозащиты и антистатического слоя, достигается тем, что в качестве изолируемой поверхности выбирают полимерный композиционный материал, перед напылением пенопласта на нее наносят амортизационный слой, а поверх пенопласта наносят слой влагозащитного и герметизирующего покрытия, на который с 50% перекрытием наматывают ленту из стеклянных комплексных нитей, витки которой соединяют между собой клеем, ленты покрывают адгезионным слоем, на который наносят теплозащиту в виде резиноподобного эластичного покрытия и антистатический слой.
Вышесказанное более подробно поясняется схемой расположения слоев в пакете тепловой изоляции.
Пакет тепловой изоляции на оболочке 1 из полимерного композиционного материала состоит из следующих слоев:
- слоя 2 - амортизационного (адгезионного);
- слоя 3 - теплоизоляции в виде пенопласта;
- слоя 4, выполняющего функции влагозащитного и герметизирующего покрытия;
- ленты 5 - из стеклянных комплексных нитей, намотанной с 50% перекрытием витков, укрепляющей теплоизоляционный слой 3;
- слоя 6 - клей, для скрепления между собой витков ленты 5;
- слоя 7 - адгезионного, нанесенного на ленту 5;
- слоя 8 - теплозащита в виде резиноподобного эластичного покрытия;
- слоя 9 - антистатической эмали.
По предлагаемому способу изготовления пакета тепловой изоляции на оболочку 1 каждый из слоев наносится последовательно с применением индивидуальных установок.
Рассмотрим способ изготовления пакета тепловой изоляции на конкретном примере его реализации.
На предварительно подготовленную оболочку 1 из полимерного композиционного материала на основе полимерной пленки с двухсторонним фторопластовым покрытием наносят амортизационный (адгезионный слой) 2 в виде, например, эпоксидного клея Криосил-Р на основе фенолформальдегидной смолы СЭДМ-3Р.
На слой 2 производят напыление слоя 3, выполненного, например, из жесткого пенополиуретана «Изолан-123», который изолируют влагозащитным и герметизирующим покрытием 4, состоящим из клея виброударопрочного, например ЦМК-5 на основе эпоксидной смолы ЭД-20 с олигоэфирэпоксидными смолами, имеющим относительное удлинение при растяжении 5÷6% и предел прочности при сдвиге 12,0÷13,0 МПа.
Для укрепления теплоизоляции 2 на слой 4 наматывают ленту 5 из стеклянных комплексных нитей с усилием 2÷3 кгс, например ЛЭС, имеющих разрывную нагрузку по основе 441÷450Н, с 50% перекрытием витков, скрепляемых 6 клеем ЭПК-1 на основе смесей эпоксидных ЭД-20, Э-181, ПО-300 со стеклянными микросферами, имеющим предел прочности при отрыве 1,0÷1,2 МПа.
На ленту 5 наносят адгезионный слой 7 из клея виброударопрочного, например ЦКМ5.
Слой 8 теплозащиты в виде резиноподобного эластичного покрытия, например, ТТП-БС(Л) на основе бутадиенстирольного латекса с разрушающим напряжением при растяжении (1,3÷1,4) МПа и относительным удлинением при растяжении 123%, напылен поверх слоя 7.
Над слоем 8 теплозащиты расположен слой антистатического покрытия 9, например эмали ХП-5237, представляющей собой суспензию пигментов и наполнителей в растворе хлорсульфированного полиэтилена.
Предлагаемое процентное перекрытие витков ленты ЛЭС, применение предложенных покрытий (клеев) и теплозащиты с заданными пределами физико-механических характеристик, подтверждается следующими примерами.
1. Намотка укрепляющей ленты ЛЭС, 2,2×35 ГОСТ 5937-81 на пенопласте «Изолан-123», пропитанной клеем ЭПК-1 по ОСТ 92-0949-74, с перекрытием витков меньше 50% и усилием (2-3 кгс) и физико-механическими характеристиками применяемых покрытий (клеев), теплозащиты меньше указанных пределов при максимальных рабочих давлениях на оболочку 1,0-1,2 МПа приводит к растрескиванию пакета тепловой изоляции и, соответственно, к снижению его герметичности, в результате снижения прочности накладываемых витков ленты ЛЭС.
2. Намотка укрепляющей ленты ЛЭС, 2,2×35 ГОСТ 5937-81 на пенопласте «Изолан-123», пропитанной клеем ЭПК-1 по ОСТ 92-0949-74, с перекрытием витков больше 50% и усилием (2-3 кгс) и физико-механическими характеристиками применяемых покрытий (клеев), теплозащиты выше указанных пределов при максимальных рабочих давлениях на оболочку 1,0-1,2 МПа обуславливает неоднородность распределения напряжений в пакете тепловой изоляции и возникновение высоких локальных напряжений, приводящих к образованию трещин и потере его герметичности.
Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение имеет следующие преимущества:
- снижение уровня деформации в пакете тепловой изоляции;
- повышение прочности и герметичности;
- повышение эксплуатационной надежности, которая обеспечивается конструктивной совокупностью используемых слоев пакета тепловой изоляции.