ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ КЛАССА "СОЛНЕЧНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ" ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА (ВАРИАНТЫ)
THERMOREGULATING COATING OF "SUN REFLECTOR" CLASS FOR PRODUCTS FROM CARBON FIBRE REINFORCED PLASTIC (VERSIONS)

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
BaSO<sub>4</sub>
42,28-43,44
Ва(AlO<sub>2</sub>)<sub>2</sub>
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
BaSO<sub>4</sub>
53,02-56,90
LiZrF<sub>6</sub> или Li<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
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
BaSO<sub>4</sub>
48,94-52,23
LiZrF<sub>6</sub>
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)
BaSO<sub>4</sub>
41,03
Ва(AlO<sub>2</sub>)<sub>2</sub>
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)
BaSO<sub>4</sub>
53,02
LiZrF<sub>6</sub>
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)
BaSO<sub>4</sub>
56,9
Li<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
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)
BaSO<sub>4</sub>
48,94
LiZrF<sub>6</sub>
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.