[go: up one dir, main page]

RU2527997C2 - Composition for thermal barrier coatings - Google Patents

Composition for thermal barrier coatings Download PDF

Info

Publication number
RU2527997C2
RU2527997C2 RU2012137057/05A RU2012137057A RU2527997C2 RU 2527997 C2 RU2527997 C2 RU 2527997C2 RU 2012137057/05 A RU2012137057/05 A RU 2012137057/05A RU 2012137057 A RU2012137057 A RU 2012137057A RU 2527997 C2 RU2527997 C2 RU 2527997C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composition
bulk density
kaolin
vermiculite
perlite
Prior art date
Application number
RU2012137057/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012137057A (en
Inventor
Ольга Николаевна Емельянова
Елена Павловна Кудрявцева
Александра Николаевна Большакова
Ольга Александровна Савватеева
Роман Александрович Санду
Геннадий Олегович Прохоров
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ", Министерство Образования И Науки Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ", Министерство Образования И Науки Российской Федерации filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ", Министерство Образования И Науки Российской Федерации
Priority to RU2012137057/05A priority Critical patent/RU2527997C2/en
Publication of RU2012137057A publication Critical patent/RU2012137057A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2527997C2 publication Critical patent/RU2527997C2/en

Links

Landscapes

  • Paints Or Removers (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to compositions for obtaining thermal barrier coatings, which can be applied for an external thermal protection of elements of spacecraft constructions, as well as in construction and aircraft. A composition of the thermal barrier coatings contains dry re-dispersible latex based on copolymers of vinylacetate and ethylene or vinylacetate and vinylversalate as an organic binding agent and a group of filling agents, including vermiculite with the bulk density 95-110 kg/m3 and an average size of particles 1 mm, perlite with the bulk density not more than 100 kg/m3, kaolin, glass microspheres with dimensions 15-200 mcm and the bulk density 240-320 kg/m3 and a fibrous material.
EFFECT: invention provides thermal protection of metal and non-metal constructions against high-temperature rapid aerodynamic heating.
4 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к составам для получения теплозащитных покрытий (ТЗП), которые могут быть применены для наружной теплозащиты элементов конструкций космических аппаратов (КА), а также в других отраслях, например, в строительстве, авиационной технике,The invention relates to compositions for thermal protection coatings (TZP), which can be used for external thermal protection of structural elements of spacecraft (KA), as well as in other industries, for example, in construction, aircraft,

Известно, что для изготовления теплозащитных покрытий (ТЗП) применяют составы, которые в общем случае содержат основные компоненты: наполнители и связующие, а также добавки, например армирующие волокна, пенообразователи, пигменты, окисли гели, антипирены и др.It is known that for the manufacture of heat-protective coatings (TZP), compositions are used that generally contain the main components: fillers and binders, as well as additives, such as reinforcing fibers, foaming agents, pigments, gel oxides, flame retardants, etc.

В качестве наполнителей в известных составах для огне- и теплозащитных покрытий используются огнеупорные жирные глины, например каолин и бентонит, стеклянные или полимерные микросферы, а также различные огнеупорные порошки как природного, так и синтетического происхождения, а именно: вермикулит, тальк, шамот, мел. молотый кварцевый песок, аэросил, перлит, пористый шамот, диатомитовые земли, мелкомолотый магнезит, флогопит, цеолит, соли фосфорной кислоты.Refractory fatty clays, for example kaolin and bentonite, glass or polymer microspheres, as well as various refractory powders of both natural and synthetic origin, namely vermiculite, talc, chamotte, chalk, are used as fillers in the known compositions for fire and heat-protective coatings. . ground quartz sand, aerosil, perlite, porous chamotte, diatomaceous earth, finely ground magnesite, phlogopite, zeolite, salts of phosphoric acid.

Наибольший интерес для предлагаемого изобретения в перечисленных выше наполнителей представляют такие лeгкие термостойкие материалы как вермикулит (RU 2079525, С01D 5/18, 2001; RU 2148066, C09D 5/18, 2000; RU 2415896, C09D 5/18, 2011), перлит (JP 54014410, 1975; RU 2174527, C09D 5/18, 2001; DE 2227188, 22G 3/48, 1973), стеклянные или полимерные микросферы (RU 2039070, 1995; RU 2187433, C09D 5/18, 2002) и каолин (JP 7002559, C09D 5/18, 1976; RU 2415896, C09D 5/18, 2011).Of the greatest interest for the invention in the above fillers are such lightweight heat-resistant materials as vermiculite (RU 2079525, С01D 5/18, 2001; RU 2148066, C09D 5/18, 2000; RU 2415896, C09D 5/18, 2011), perlite ( JP 54014410, 1975; RU 2174527, C09D 5/18, 2001; DE 2227188, 22G 3/48, 1973), glass or polymer microspheres (RU 2039070, 1995; RU 2187433, C09D 5/18, 2002) and kaolin (JP 7002559, C09D 5/18, 1976; RU 2415896, C09D 5/18, 2011).

Для упрочнения огнезащитных и особенно теплозащитных покрьний в известных композициях широко используются армирующие волоконные материалы, например, стекловолокно (RU 2249576, C07D 5/18, 2004; DE 2227188, 22G 3/48, 1973: RU 216287!, C04B 28/34, 2001), гранулированное минеральное волокно (RU 2169717, С04В 28/26, 2001), базальтовое и асбестовое волокно (RU 2260029, C09D 5/18, 2003), муллитокремнеземистую вату (RU 2100310, С04В 28/26). Введение волокнистого наполнителя в составы для покрытий, например стекловолокна, как известно, способствует повышению стойкости рассматриваемых покрытий к вибрациям и статическим нагрузкам.Reinforcing fiber materials, for example, fiberglass (RU 2249576, C07D 5/18, 2004; DE 2227188, 22G 3/48, 1973: RU 216287 !, C04B 28/34, 2001, are widely used for hardening fire-retardant and especially heat-protective coatings in known compositions. ), granular mineral fiber (RU 2169717, С04В 28/26, 2001), basalt and asbestos fiber (RU 2260029, C09D 5/18, 2003), mullite-siliceous wool (RU 2100310, С04В 28/26). The introduction of a fibrous filler in coating compositions, for example fiberglass, is known to increase the resistance of the coatings to vibration and static loads.

В качестве связующих компонентов в рассматриваемых cocтaвax используются различные органические и неорганические химические соединения. Из неорганических связующих для создания огнезащитных составов по металлу наиболее широко используются: цемент, преимущественно портландцемент (RU 2415896, C09D 5/18, 2011), жидкое стекло (RU 2169717, С04В 28/26, 2001), силикофосфатное связующее (RU 2079525, C01D 5/J8, 2001), алюмоборфосфатное связующее (RU 2103296, C09D 7/00, 2002), полиорганосилоксаны (RU 2028352, C09D 5/04, 1997).Various organic and inorganic chemical compounds are used as binders in the considered containers. Of the inorganic binders for creating flame retardants for metal, the most widely used are: cement, mainly Portland cement (RU 2415896, C09D 5/18, 2011), water glass (RU 2169717, С04В 28/26, 2001), silicophosphate binder (RU 2079525, C01D 5 / J8, 2001), aluminoborophosphate binder (RU 2103296, C09D 7/00, 2002), polyorganosiloxanes (RU 2028352, C09D 5/04, 1997).

Из органических связующих для теплозащитных покрытий наиболее широко используются такие полимерные соединения как, например, хлорированный каучук, полиуретан, полиэфиры, фенольные и эпоксидные смолы (PCТ WO 91/11498, С09К 21/02, 1991). полиакрилаты (WO 2011080364, C09D 5/02, 2011), водные дисперсии полимеров (латексы). Среди наиболее применимых водных дисперсий полимеров можно назвать акриловую (RU 2208028, C09D 5/18, 2003), стирол-акриловую, поливинилацетатную и бутадиен-стирольную (RU 2244727, C09D 5/02, 2000; RU 2352601, C09D 5/18, 2008; RU 2352601, C09D 5/18, 2006; RU 2148605, C09D 5/18, 2000). Путем пропитки волоконных материалов растворами или дисперсиями перечисленных полимеров получают множество различных пластинчатых и рулонных теплозащитных материалов, применяемых в строительной индустрии. Следует отметить, что перечисленные органические полимеры используется как самостоятельно, так и в качестве добавок к неорганическим связующим.Of the organic binders for heat-protective coatings, the most widely used polymer compounds are, for example, chlorinated rubber, polyurethane, polyesters, phenolic and epoxy resins (PCT WO 91/11498, C09K 21/02, 1991). polyacrylates (WO 2011080364, C09D 5/02, 2011), aqueous dispersions of polymers (latexes). Among the most applicable aqueous dispersions of polymers are acrylic (RU 2208028, C09D 5/18, 2003), styrene-acrylic, polyvinyl acetate and styrene butadiene (RU 2244727, C09D 5/02, 2000; RU 2352601, C09D 5/18, 2008 ; RU 2352601, C09D 5/18, 2006; RU 2148605, C09D 5/18, 2000). By impregnating the fiber materials with solutions or dispersions of these polymers, many different plate and roll heat-shielding materials are used that are used in the construction industry. It should be noted that the listed organic polymers are used both independently and as additives to inorganic binders.

Наибольший интерес для предлагаемого изобретения представляет состав, применяемый для получения термостойкого слоя многослойного комбинированного полимерного покрыгия, наносимый первым на подложку при изготовлении этого покрытия (RU 2352601, C09D 5/18, 2008). Данная известная композиция по своему качественному составу наиболее близка к предлагаемому составу и выбрана в качестве прототипа. Она включает водно-дисперсионное связующее, которым может быть полимерная латексная композиция, на основе сополимеров акрилата, стирола, винилацетата, бутадиен-стирольного сополимера, полиуретана, поливинилхлорида. Конкретно в данном прототипе дан пример состава, включающего полимерную латексную композицию (20-60 мас.%), содержащую поливинилацетатный латекс и/или диметилакрилатный латекс, или дисперсию метилфенилсилоксановой смолы («силикофен») или эпоксидную смолу (ЭД-20) с отвердителем. В качестве наполнителя в известный состав вводят смесь полых стеклянных микросфер с диаметром 35-200 мкм и различной насыпной плотностью (70-650 кг/м3) и/или смесь полистирольных микросфер с диаметром 10-500 мкм и насыпной плотностью 50-650 кг/м3. Кроме того, известный состав содержит другие вспомогательные целевые добавки: пигменты, антипирены, ингибиторы коррозии, поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, неонол, оксиэтилированные моноалкилфенолы и др. Затем при необходимости наносят один или несколько слоев из стеклохолста с использованием фосфатного клея и далее наносят один или несколько слоев полимерной вспучивающейся огнестойкой краски. Этот огнезащитный внешний слой включает полимерное связующее (полимерные водные дисперсии, например стирол-акриловая, бутадиен-стирольная, поливинилацетатная) и вспучивающие добавки, так называемые, порофоры (полиспирты, органические амины пли амиды, меламин, мочевина).Of greatest interest to the present invention is the composition used to obtain a heat-resistant layer of a multilayer combined polymer coating applied first on a substrate in the manufacture of this coating (RU 2352601, C09D 5/18, 2008). This known composition in its qualitative composition is closest to the proposed composition and is selected as a prototype. It includes a water-dispersion binder, which may be a polymer latex composition, based on copolymers of acrylate, styrene, vinyl acetate, butadiene-styrene copolymer, polyurethane, polyvinyl chloride. Specifically, this prototype gives an example of a composition comprising a polymer latex composition (20-60 wt.%) Containing polyvinyl acetate latex and / or dimethyl acrylate latex, or a dispersion of methylphenylsiloxane resin ("silikofen") or an epoxy resin (ED-20) with a hardener. As a filler, a mixture of hollow glass microspheres with a diameter of 35-200 microns and various bulk density (70-650 kg / m 3 ) and / or a mixture of polystyrene microspheres with a diameter of 10-500 microns and bulk density 50-650 kg / is introduced into the known composition m 3 . In addition, the known composition contains other auxiliary target additives: pigments, flame retardants, corrosion inhibitors, surfactants, for example, neonol, ethoxylated monoalkylphenols, etc. Then, if necessary, apply one or more layers of fiberglass using phosphate glue and then apply one or more layers of polymer intumescent fire-retardant paint. This flame retardant outer layer includes a polymer binder (polymer aqueous dispersions, for example styrene-acrylic, styrene-butadiene, polyvinyl acetate) and intumescent additives, the so-called porophores (polyalcohols, organic amines or amides, melamine, urea).

Таким образом, выбранный прототип качественно и количественно отличается от предлагаемой композиции и является частью сложного состава для образования многослойного покрытия, формирование которого требует промежуточной сушки каждого слоя и является трудоемким. Кроме того, использование приклеенного стеклохолста в качестве межслойного армирующего составляющего является неприемлемым для ТЗП, наносимых на сложные профили изделий.Thus, the selected prototype qualitatively and quantitatively differs from the proposed composition and is part of a complex composition for the formation of a multilayer coating, the formation of which requires intermediate drying of each layer and is time-consuming. In addition, the use of glued fiberglass as an interlayer reinforcing component is unacceptable for TZP applied to complex product profiles.

К недостаткам композиции внутреннего теплозащитного слоя. выбранной в качестве прототипа, можно, прежде всего, отнести применение в качестве связующего водной дисперсии органического полимера. Хотя водно-дисперсионные латексы и обладают важными преимуществами по сравнению с растворами органических смол в токсичных растворителях, такими как, пожаровзрывобезопасность, высокая концентрация целевого компонента, отсутствие выделения вредных веществ в процессе изготовления покрытий, тем не менее они имеют существенные недостатки. Использование водных дисперсий латексов вызывает и ряд затруднений: это невозможность работать с ними при отрицательных температурах,неудобства и невыгодность транспортировки и хранения больших объемов водно-дисперсионных составов, затруднительность точных дозировок компонентов непосредственно на участках нанесения покрытий.The disadvantages of the composition of the inner heat-protective layer. selected as a prototype, one can primarily attribute the use of an organic polymer as a binder aqueous dispersion. Although water-dispersion latexes have important advantages compared with solutions of organic resins in toxic solvents, such as fire and explosion safety, a high concentration of the target component, and the absence of emission of harmful substances during the manufacture of coatings, they nevertheless have significant disadvantages. The use of aqueous dispersions of latexes also causes a number of difficulties: the inability to work with them at low temperatures, the inconvenience and disadvantage of transporting and storing large volumes of water-dispersion compositions, the difficulty of accurate dosages of components directly at the coating sites.

Из практики известно, что латексы сополимеров акрилатов, чаще всего бутилакрилата, являются наиболее высококачественными связующими для самых разнообразных отделочных материалов, поскольку они имеют высокую адгезию, высокую стойкость к гидролизу и старению, а срок службы материалов на их основе может достигать 25 лет. Но они характеризуются высокой стоимостью и являются самой дорогой группой латексов.It is known from practice that latexes of acrylate copolymers, most often butyl acrylate, are the highest quality binders for a wide variety of finishing materials, since they have high adhesion, high resistance to hydrolysis and aging, and the service life of materials based on them can reach 25 years. But they are characterized by high cost and are the most expensive group of latexes.

Среди перечисленных латексов в составе-прототипе упоминаются и бутадиен-стирольные латексы. Однако известно, что бутадиен-стирольные латексы хотя и широко используются в производстве отделочных материалов в строительстве, но характеризуются тем, что при их использовании происходит быстрое старение пленки вследствие окисления остаточных двойных связей, что ограничивает срок службы получаемых покрытий.Among the listed latexes, the styrene butadiene latexes are also mentioned in the prototype composition. However, it is known that styrene-butadiene latexes are widely used in the manufacture of finishing materials in construction, but are characterized by the fact that their use causes rapid film aging due to oxidation of residual double bonds, which limits the service life of the resulting coatings.

В качестве примера связующего в составе-прототипе предлагается также использование растворов эпоксидной смолы ЭД-20 в токсичных растворителях, что является наиболее нежелательным компонентом композиции.As an example of a binder in the prototype composition, it is also proposed the use of solutions of epoxy resin ED-20 in toxic solvents, which is the most undesirable component of the composition.

Как видно из описаний цитированных выше патентных документов. рассмотренные термостойкие составы не предназначены для космической отрасли и по многим параметрам не могут быть применены в данной области техники.As can be seen from the descriptions of the patent documents cited above. the considered heat-resistant compositions are not intended for the space industry and in many respects cannot be applied in this technical field.

В соответствии с условиями эксплуатации к покрытиям для элементов конструкций космических аппаратов предъявляются специальные жесткие требования.In accordance with operating conditions, special stringent requirements are imposed on coatings for structural elements of spacecraft.

Прежде всего, теплозащитные покрытия должны выдерживать без растрескивания и осыпания резкий подъем температуры до 800°С в течение 10 минут (термоудар) в условиях высоких аэродинамических нагрузок и сильной вибрации. При этом температура поверхности конструкций космических аппаратов (головного обтекателя ракеты-носителя, отсеков, гаргротов, крышек люков и т.п.) под теплозащитным покрытием не должна превышать 150°С, в то время как температура, развивающаяся на внешней стороне головного обтекателя, поднимается до значений 800-1200°С. По тепловым характеристикам материал, применяемый для указанных целей, должен обеспечивать теплопроводность - не более 0,102 Вт/м К и теплоемкость не менее 1,6 кДж/кг. Таким образом, ТЗП должны обеспечивать силовую защиту металлических и неметаллических конструкций oт высокотемпературного скоростного аэродинамического нагрева в условиях эксплуатации. При нагревании материала не должно возникать сквозных трещин и отслоений от поверхности защищаемой конструкции.First of all, heat-proof coatings must withstand without cracking and shedding a sharp rise in temperature to 800 ° C for 10 minutes (thermal shock) under high aerodynamic loads and strong vibration. At the same time, the surface temperature of spacecraft structures (the head fairing of the launch vehicle, compartments, garrots, manhole covers, etc.) under a heat-shielding coating should not exceed 150 ° C, while the temperature developing on the outside of the head fairing rises up to values 800-1200 ° С. According to thermal characteristics, the material used for these purposes should provide thermal conductivity - not more than 0.102 W / m K and heat capacity not less than 1.6 kJ / kg. Thus, TZP should provide power protection of metal and nonmetallic structures from high-temperature high-speed aerodynamic heating in operating conditions. When the material is heated, there should be no through cracks and delaminations from the surface of the protected structure.

Кроме того, ТЗП должны иметь низкую плотность, но высокую прочность и эластичность, высокую адгезию к металлу и углепластику, и также в процессе нанесения покрытий не должно выделяться вредных веществ в воздух рабочей зоны, но при этом, допускается изменение цвета, коксование и выделение летучих веществ.In addition, TZP should have low density, but high strength and elasticity, high adhesion to metal and carbon fiber, and also during the coating process no harmful substances should be released into the air of the working area, but at the same time, color change, coking and the emission of volatile substances.

Основной задачей создания нового теплозащитного материала указанного назначения помимо перечисленных физико-механических и тепловых характеристик является достижение минимальной плотности покрытия, позволяющего увеличить полезные нагрузки космических аппаратов.The main task of creating a new heat-shielding material for this purpose, in addition to the listed physical, mechanical and thermal characteristics, is to achieve a minimum coating density, which allows to increase the payloads of spacecraft.

Цель создания нового изобретения состоит в разработке экологически чистого многокомпонентного сухого состава с низкой плотностью для изготовления теплозащитных покрытий, удовлетворяющих совокупности вышеизложенных требований по физико-механическим и тепловым характеристикам.The purpose of the new invention is to develop an environmentally friendly multicomponent dry composition with a low density for the manufacture of heat-resistant coatings that satisfy the set of the above requirements for physical, mechanical and thermal characteristics.

Предлагаемый состав для теплозащитных покрытий содержит в качестве органического связующего сухой редиспергируемый латекс, являющийся сополимером винилацетата и этилена или винилацетата и винилверсалата, а также в качестве наполнителей содержит: вермикулит с насыпной плотностью не более 95-110 кг/м3 и средним размером частиц 1 мм, перлит с насыпной плотностью не более 100 кг/м3, каолин, стеклянные микросферы с размерами 15-200 мкм и насыпной плотностью 240-320 кг/м3, выполненные из натриево-борсиликатного стекла, и волокнистый материал при следующих соотношениях компонентов смеси (мас.%): вермикулит - 4-19, перлит - 4-19, каолин - 2-4, стеклянные микросферы - 11-26, волокнистый материал - 2-8, сухой редиспергируемый латекс - остальное.The proposed composition for thermal barrier coatings contains dry redispersible latex as an organic binder, which is a copolymer of vinyl acetate and ethylene or vinyl acetate and vinyl versalate, and also as fillers it contains: vermiculite with a bulk density of not more than 95-110 kg / m 3 and an average particle size of 1 mm perlite with a bulk density of not more than 100 kg / m 3, kaolin, glass microspheres with sizes of 15-200 microns and a bulk density of 240-320 kg / m 3, made of borosilicate soda glass, and a fibrous material at a track boiling ratios of mixture components (.% by weight): vermiculite - 4-19, perlite - 4-19, kaolin - 2-4, glass microspheres - 11-26, fibrous material - 2-8, dry redispersible latex - the rest.

Состав дополнительно в качестве связующего содержит цемент в количестве 2-14 мас.%.The composition additionally as a binder contains cement in an amount of 2-14 wt.%.

В качестве волокнистого материала состав, предпочтительно, содержит волокна целлюлозы или молотое стекловолокно.As the fibrous material, the composition preferably contains cellulose fibers or ground glass fiber.

Состав, предпочтительно, в качестве редиспергируемого латекса содержит сополимеры винилацетата и этилена.The composition, preferably as a redispersible latex, contains copolymers of vinyl acetate and ethylene.

Предлагаемый состав сухой порошкообразной смеси включает все необходимые ингредиенты в сухом виде. После затворения водой он может быть использован для получения покрытий известными механическими или ручными способами.The proposed composition of the dry powder mixture includes all the necessary ingredients in dry form. After mixing with water, it can be used to obtain coatings by known mechanical or manual methods.

Состав имеет общие признаки с составом-прототипом: содержит в качестве связующего латекс, в качестве наполнителя - стеклянные микросферы.The composition has common features with the composition of the prototype: it contains latex as a binder, glass microspheres as a filler.

Однако в предлагаемом способе используют, предпочтительно, стеклянные микросферы размером в пределах от 15 до 200 мкм, в основном от 15 до 125 мкм, с низкой насыпной плотностью 240-320 кг/м3 из химически стабильного натриево-боросиликитного стекла, которые имеют хорошую совместимость с большинством полимеров. Выбор заявленного количественного диапазона содержания микросфер в составе (11-26 мас.%) объясняется тем, что введение менее 11 мас.%, микросфер оказывает слабое влияние на совокупность качеств теплозащитного состава, а введение более 26 мас.%, приводит к снижению эластичности покрытия.However, the proposed method uses preferably glass microspheres ranging in size from 15 to 200 μm, mainly from 15 to 125 μm, with a low bulk density of 240-320 kg / m 3 of chemically stable sodium borosilicate glass, which have good compatibility with most polymers. The choice of the claimed quantitative range of microsphere content in the composition (11-26 wt.%) Is explained by the fact that the introduction of less than 11 wt.%, The microspheres have a weak effect on the totality of the properties of the heat-shielding composition, and the introduction of more than 26 wt.%, Leads to a decrease in the elasticity of the coating .

В отличие от прототипа предлагаемый состав содержит кроме микросфер другие легкие наполнители, а именно вермикулит и перлит, признанные уникальными по своим структуре и свойствам. Введение этих материалов значительно повышает теплозащитные свойства покрытия и снижает его плотность. Предлагаемый состав включает также добавки армирующего волокнистого материала, каолина, предназначенные для повышения прочности ТЗП. Для этих же целей состав может содержать и определенное количество цемента.In contrast to the prototype, the proposed composition contains, in addition to microspheres, other light fillers, namely vermiculite and perlite, which are recognized as unique in their structure and properties. The introduction of these materials significantly increases the heat-shielding properties of the coating and reduces its density. The proposed composition also includes additives of reinforcing fibrous material, kaolin, designed to increase the strength of TZP. For the same purposes, the composition may contain a certain amount of cement.

Перлит, как известно, является вулканическим стеклом. Он содержит оксиды кремния, алюминия, натрия, калия, железа, кальция и магния, а также oт 2 до 5% воды. Он инертен, имеет малую насыпную плотность (в пределах 100 кг/м3). В предлагаемом составе его вводят в количестве 4-19 мас.%, что значительно снижает плотность ТЗП. Уменьшение доли перлита ниже 4 мас.% не оказывает существенного влияния на плотность покрытия, увеличение более 19 мас.% приводит к появлению усадки и трещинообразованию в покрытии при воздействии высоких температур.Perlite is known to be volcanic glass. It contains oxides of silicon, aluminum, sodium, potassium, iron, calcium and magnesium, as well as from 2 to 5% water. It is inert, has a low bulk density (within 100 kg / m 3 ). In the proposed composition, it is introduced in an amount of 4-19 wt.%, Which significantly reduces the density of TZP. A decrease in the percentage of perlite below 4 wt.% Does not significantly affect the density of the coating, an increase of more than 19 wt.% Leads to the appearance of shrinkage and cracking in the coating when exposed to high temperatures.

Вермикулит является продуктом вторичного изменения (гидролиза и последующего выветривания) темных слюд биотита и флогопита. Представляет собой крупные пластинчатые кристаллы золотисто-желтого, бурого, желтовато-бурого, бронзово-желтого или зеленовато-черноватого цвета. При нагревании до температуры 900-1000°С объем исходного минерала увеличивается в объеме в 15-25 раз. В промышленности используют полученный таким образом вспученный вермикулит - легкий термостойкий материал тонкочешуйчатой структуры. Вермикулит входит в состав многих огнезащитных покрытий, а также как термоизоляционный заполнитель огнестойких конструкций используется в составах теплозвукоизоляционных строительных смесей (RU 2169717, С04В 28/26; RU 20779525, C01D 5/18, 2001). При использовании молотого вермикулита с размером частиц от 3 до 10 мкм (RU 2148066, C09D 5/18, 2000) получают ТЗП с высокой плотностью, не приемлемые для решения поставленной задачи.Vermiculite is a product of secondary alteration (hydrolysis and subsequent weathering) of dark mica biotite and phlogopite. Represents large lamellar crystals of golden yellow, brown, yellowish-brown, bronze yellow or greenish-blackish color. When heated to a temperature of 900-1000 ° C, the volume of the original mineral increases in volume by 15-25 times. The industry uses the expanded vermiculite obtained in this way - a light heat-resistant material of a finely scaled structure. Vermiculite is part of many fire retardant coatings, and is also used as a heat-insulating aggregate of fire-resistant structures in the compositions of heat and sound insulating building mixtures (RU 2169717, С04В 28/26; RU 20779525, C01D 5/18, 2001). When using ground vermiculite with a particle size of 3 to 10 μm (RU 2148066, C09D 5/18, 2000), high density densitizers are obtained that are not acceptable for solving the task.

В заявляемом составе предлагается использовать вермикулит легких марок КВВ-2 и КВВ-4 с насыпной плотностью не более 110-95 кг/м3 со средним размером частиц около 1 мм. Вермикулит вводится в состав в таких же, как и перлит, количествах (4-19 мас.%). Снижение доли вермикулита ниже 4 мас.% не оказывает влияния на снижение плотности покрытия, увеличение свыше 20 мас.% приводит к снижению эластичности покрытия.In the inventive composition, it is proposed to use vermiculite of light grades KVV-2 and KVV-4 with a bulk density of not more than 110-95 kg / m 3 with an average particle size of about 1 mm. Vermiculite is introduced into the composition in the same amounts as perlite (4-19 wt.%). A decrease in the proportion of vermiculite below 4 wt.% Does not affect the decrease in the density of the coating, an increase of over 20 wt.% Leads to a decrease in the elasticity of the coating.

В предлагаемом способе используют также небольшую добавку каолина в качестве огнеупорного легкого наполнителя, который способствует усилению пластичности и вяжущих свойств композиции. Предпочтительным является обогащенный каолин марок КР-1 и КР-2 по ГОСТ 19608-84. Каолин вводится в предлагаемый состав в количестве, составляющем 2-4 мас.%. В случае занижения количества каолина ниже 2 мас.% не достигается увеличения пластичности композиции после воздействия высоких температур; в случае завышения более 4 мас.% - возрастает плотность огнезащитного покрытия.The proposed method also uses a small additive of kaolin as a refractory light filler, which helps to increase the ductility and astringent properties of the composition. Enriched kaolin of grades KR-1 and KR-2 according to GOST 19608-84 is preferred. Kaolin is introduced into the proposed composition in an amount of 2-4 wt.%. In case of underestimation of the amount of kaolin below 2 wt.%, An increase in the ductility of the composition after exposure to high temperatures is not achieved; in case of overstatement of more than 4 wt.% - the density of the fire retardant coating increases.

В качестве волокнистого материала состав, например, содержит молотое стекловолокно марки ТИАС с длиной волокна 0,05-1,0 мм и насыпной плотностью 250-300 кг/м3 или материалы из натуральных волокон целлюлозы. Хороший результат показывает, например, композиция, содержащая волокна торговой марки «ТС» немецкой фирмы CFF GmbH&Co.KG. Продукция марки «ТС», как известно, изготавливается из технической целлюлозы, имеет длину волокна 20-2500 мкм при диаметре около 25 мкм и насыпной плотности 20-250 кг/м3. Такие волокна имеют высокий предел прочности на разрыв, инертны к кислотам и основаниям в интервале рН от 4 до 12, физиологически и токсикологически безопасны.As a fibrous material, the composition, for example, contains ground fiberglass of the TIAS brand with a fiber length of 0.05-1.0 mm and a bulk density of 250-300 kg / m 3 or materials from natural cellulose fibers. A good result is shown, for example, by a composition containing fibers of the trademark "TC" of the German company CFF GmbH & Co.KG. Products brand "TS", as you know, is made from technical cellulose, has a fiber length of 20-2500 microns with a diameter of about 25 microns and a bulk density of 20-250 kg / m 3 . Such fibers have a high tensile strength, are inert to acids and bases in the pH range from 4 to 12, physiologically and toxicologically safe.

Следует отметить, что использование вышеперечисленных наполнителей в заявляемых количествах, имеющих различные характеристики, такие как структура и форма частиц, морфологию поверхности, и дисперсность, позволяет получать легкие покрытия с высокой прочностью. Предлагаемый состав в качестве органического связующего содержит сухой редиспергируемый латекс, который позволяет изготавливать композицию для теплозащитного покрытия в виде сухой смеси порошкообразных компонентов, что является технологически, экологически и экономически предпочтительным по сравнению с использованием в качестве связующего водно-дисперсионной композиции. В качестве сухих редиспергируемых латексов в заявляемом составе применяются известные гомо- и сополимеры винилацетата, этилена и винилверсалата, а также сополимеры винилацетата, эфира акриловой кислоты и винилового эфира версатиковой кислоты. Предпочтительным является использование сополимеров винилацетата и этилена, например марки VINNAPAS 705 5N, 4042Н, 4023Н или сополимеров винилацетата и версалата различных марок серии NEOLITH. Сухие латексы получаются распылительной сушкой водно-дисперсионных полимеров и сохраняют свои свойства при повторном диспергировании (редиспергировании).It should be noted that the use of the above fillers in the claimed amounts having different characteristics, such as the structure and shape of the particles, surface morphology, and dispersion, allows to obtain light coatings with high strength. The proposed composition as an organic binder contains dry redispersible latex, which allows you to make the composition for thermal protection coatings in the form of a dry mixture of powder components, which is technologically, environmentally and economically preferable compared to using a water-dispersion composition as a binder. As dry redispersible latexes in the claimed composition, known homo- and copolymers of vinyl acetate, ethylene and vinyl versalate are used, as well as copolymers of vinyl acetate, acrylic ester and versatic acid vinyl ester. It is preferable to use copolymers of vinyl acetate and ethylene, for example, VINNAPAS 705 5N, 4042H, 4023H or copolymers of vinyl acetate and versalate of various brands of the NEOLITH series. Dry latexes are obtained by spray drying of water-dispersed polymers and retain their properties during repeated dispersion (redispersion).

Сухие смеси предлагаемого состава получают путем размешивания компонентов на мельницах разного типа. Например, в лабораторных условиях для перемешивания компонентов смеси может применяться мельница марки МШЛ-1П, в которой перемешивание производится в фарфоровых барабанах без мелющих тел в течение 0,5 часа.Dry mixtures of the proposed composition are obtained by mixing the components in mills of various types. For example, in laboratory conditions, a mill of the MShL-1P brand can be used to mix the components of the mixture, in which mixing is performed in porcelain drums without grinding media for 0.5 hours.

Для изготовления ТЗП сухую смесь, получаемую из перечисленных компонентов, смешивают с водой непосредственно на производственном участке перед нанесением на изделия.For the manufacture of TZP, the dry mixture obtained from the listed components is mixed with water directly at the production site before application to the product.

Достоинства предлагаемого состава заключаются в том, что:The advantages of the proposed structure are that:

- состав обеспечивает необходимые по условиям эксплуатации тепловые характеристики: теплопроводность 0,07-0,1 Вт/м К, теплоемкость 1,0-1,2 кДж/кг К и обеспечивает температуру под ТЗП в течение критического времени нагрева при 800°С не выше 110-130°С;- the composition provides the thermal characteristics necessary for the operating conditions: thermal conductivity 0.07-0.1 W / m K, heat capacity 1.0-1.2 kJ / kg K and provides the temperature under the heating current during the critical heating time at 800 ° C not above 110-130 ° C;

- совокупность физико-механических характеристик изготовленного из сухой смеси покрытия: плотность, прочность на предельных нагрузках при растяжении и сжатии (эластичность), адгезия к подложкам из металлических сплавов, углепластика и стеклопластика обеспечивают эксплуатационные качества покрытия в экстремальных условиях, исключающие отслоение, образование трещин и устойчивость к вибрации.- the combination of physico-mechanical characteristics of a coating made from a dry mixture: density, tensile and compressive strength under extreme loads (elasticity), adhesion to substrates made of metal alloys, carbon fiber reinforced plastic and fiberglass plastic provide operational qualities of the coating under extreme conditions, excluding delamination, cracking and resistance to vibration.

- технологически использование сухой смеси, включающей все необходимые ингредиенты покрытия, является целесообразным и нетрудоемким;- technologically, the use of a dry mixture, including all the necessary ingredients of the coating, is appropriate and not laborious;

- предлагаемый состав сухой смеси является экологически чистым, поскольку является водозатворяемым и при использовании сухой смеси не приходится использовать органические токсичные растворители или водно-дисперсионные полимеры;- the proposed composition of the dry mix is environmentally friendly, because it is water-soluble and when using the dry mix does not have to use organic toxic solvents or water-dispersible polymers;

- использование предлагаемого состава экономически выгодно, поскольку при его создании применяются недорогие и доступные легкие неорганические наполнители и волокнистые материалы, которые ранее не применялись в космической технике.- the use of the proposed composition is economically advantageous, since it is created using inexpensive and affordable lightweight inorganic fillers and fibrous materials that have not previously been used in space technology.

Ниже предлагаемое изобретение иллюстрируется Таблицей, в которой приводятся примеры составов для изготовления теплозащитных покрытий. Данные примеры никак не ограничивают возможность составления композиций такого же качественного состава, отличающихся количественными соотношениями компонентов, но выбранных в заявляемых числовых пределах (без расширения объема притязаний).Below the invention is illustrated by the Table, which gives examples of compositions for the manufacture of heat-protective coatings. These examples do not limit the possibility of compiling compositions of the same qualitative composition, differing in the quantitative ratios of the components, but chosen within the claimed numerical limits (without expanding the scope of the claims).

ТаблицаTable КомпонентComponent Доля компонента, мас.%The proportion of the component, wt.% № образцаSample No. 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 ВермикулитVermiculite 18eighteen 19 макс19 max 14fourteen 15fifteen 1313 11eleven 4four 4 мин4 min 1616 1212 ПерлитPerlite 1717 1919 14fourteen 15fifteen 14fourteen 11eleven 4four 4four 15fifteen 1313 МикросферыMicrospheres 1717 1616 1717 14fourteen 15fifteen 11eleven 20twenty 2626 15fifteen 1313 КаолинKaolin 22 4four 22 4four 33 22 22 4four 4four 22 ЦементCement 14fourteen 1010 1010 88 33 4four 22 -- 1010 22 ТехногельTechnogel 22 -- 88 -- 22 -- -- 22 22 ТИАСTIAS -- 22 -- 22 -- 33 88 88 -- Неолит 4400Neolithic 4400 -- -- -- -- -- -- -- 5656 Виннапас 4023Winnapas 4023 -- -- -- -- 5252 5858 -- 6060 4040 -- Виннапас 4042Winnapas 4042 -- -- -- 4040 -- -- -- -- Виннапас 7055Winnapas 7055 30thirty 30thirty 3535 -- -- -- 6060 -- σнас.СС, кг/м3 σ us .SS, kg / m 3 326326 256256 285285 307307 377377 400400 325325 372372 311311 273273 ρ ТЗП, кг/м3 ρ TZP, kg / m 3 379379 354354 374374 402402 499499 556556 527527 481481 338338 382382 σраст, МПаσ growth , MPa 1,41.4 0,330.33 0,440.44 0,80.8 1,11,1 0,80.8 0,90.9 1,41.4 σсж., МПаσ compress MPa 1,91.9 0,940.94 0,910.91 2,12.1 1,21,2 0,80.8 1,71.7 1,91.9 σотр., МПаσ neg. MPa 0,380.38 0,440.44 0,450.45 1,661,66 λ, Вт/м Кλ, W / m K 0,00850.0085 -- 0,07-0,10.07-0.1 0,0090.009 -- 0,00850.0085 Ср, кДж/кг КC r , kJ / kg K 1,0-1,21.0-1.2 -- 1,0-1,21.0-1.2 1,11,1 -- 1,0-1,21.0-1.2 Тпод ТЗП, °СТпод ТЗП, ° С 310310 -- 140140 105105 -- 110110 Условные обозначения: σнас.СС - насыпная плотность сухой смеси; σoтp - разрушающее напряжение при сжатии; ρ ТЗП - плотность теплозащитного покрытия; λ - коэффициент теплопроводности:
σраст - разрушающее напряжение при растяжении; Ср - удельная теплоемкость;
Т под ТЗП - температура на внутренней стороне подложки после воздействия тепловой нагрузки 800°С 10 мин.
Legend: σ us. SS - bulk density of the dry mixture; σ otpultimate compressive stress; ρ ТЗП - density of heat-shielding coating; λ - thermal conductivity coefficient:
σ rast - tensile stress; With p - specific heat;
Т under ТЗП - temperature on the inner side of the substrate after exposure to a thermal load of 800 ° С 10 min.

Claims (4)

1. Состав для теплозащитных покрытий, содержащий латексное органическое связующее и группу наполнителей, включающую стеклянные микросферы, отличающийся тем, что качестве органического связующего содержит сухой редиспергируемый латекс, являющийся сополимером винилацетата и этилена или винилацетата и винилверсалата, а также в качестве наполнителей содержит: вермикулит с насыпной плотностью 95-110 кг/м3 и средним размером частиц 1 мм, перлит с насыпной плотностью не более 100 кг/м3, каолин, стеклянные микросферы с размерами 15-200 мкм и насыпной плотностью 240-320 кг/м3, выполненные из натриево-борсиликатного стекла, и волокнистый материал при следующих соотношениях компонентов смеси, мас.%:
Вермикулит 4-19 Перлит 4-19 Каолин 2-4 Стеклянные микросферы 11-26 Волокнистый материал 2-8 Латекс Остальное
1. The composition for thermal barrier coatings containing a latex organic binder and a group of fillers, including glass microspheres, characterized in that the quality of the organic binder contains dry redispersible latex, which is a copolymer of vinyl acetate and ethylene or vinyl acetate and vinyl versalate, and also as fillers contains: vermiculite with bulk density of 95-110 kg / m 3 and an average particle size of 1 mm, perlite with a bulk density of not more than 100 kg / m 3 , kaolin, glass microspheres with dimensions of 15-200 microns and bulk density of 240-320 kg / m 3 made of sodium borosilicate glass and fibrous material with the following ratios of the components of the mixture, wt.%:
Vermiculite 4-19 Perlite 4-19 Kaolin 2-4 Glass microspheres 11-26 Fiber material 2-8 Latex Rest
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно в качестве связующего содержит цемент в количестве 2-14 мас.%.2. The composition according to claim 1, characterized in that it additionally contains cement in an amount of 2-14 wt.% As a binder. 3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокнистого материала, предпочтительно, содержит волокна целлюлозы или молотое стекловолокно.3. The composition according to claim 1, characterized in that as the fibrous material, preferably, contains cellulose fibers or ground glass fiber. 4. Состав по п.1, отличающийся тем, что, предпочтительно, в качестве редиспергируемого латекса содержит сополимеры винилацетата и этилена. 4. The composition according to claim 1, characterized in that, preferably, as a redispersible latex contains copolymers of vinyl acetate and ethylene.
RU2012137057/05A 2012-08-30 2012-08-30 Composition for thermal barrier coatings RU2527997C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012137057/05A RU2527997C2 (en) 2012-08-30 2012-08-30 Composition for thermal barrier coatings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012137057/05A RU2527997C2 (en) 2012-08-30 2012-08-30 Composition for thermal barrier coatings

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012137057A RU2012137057A (en) 2014-03-10
RU2527997C2 true RU2527997C2 (en) 2014-09-10

Family

ID=50191388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012137057/05A RU2527997C2 (en) 2012-08-30 2012-08-30 Composition for thermal barrier coatings

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2527997C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LT6283B (en) 2015-09-25 2016-07-25 Uab "Five Ways Company" Thermal insulation composition
CN106007576A (en) * 2016-05-21 2016-10-12 浙江大学自贡创新中心 Use method of finishing inorganic dry powder heat insulation paint
WO2023214952A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Sabanci Üniversitesi Polymer-based composite material with improved mechanical properties

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2288927C1 (en) * 2005-07-13 2006-12-10 Виталий Степанович Беляев Composition for preparing anticorrosive, refractory and heat-insulating cover and its using
WO2011012700A2 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Druckfarben Hellas S.A. Thermal insulation system for buildings and for liquid storage and transportation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2288927C1 (en) * 2005-07-13 2006-12-10 Виталий Степанович Беляев Composition for preparing anticorrosive, refractory and heat-insulating cover and its using
WO2011012700A2 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Druckfarben Hellas S.A. Thermal insulation system for buildings and for liquid storage and transportation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LT6283B (en) 2015-09-25 2016-07-25 Uab "Five Ways Company" Thermal insulation composition
CN106007576A (en) * 2016-05-21 2016-10-12 浙江大学自贡创新中心 Use method of finishing inorganic dry powder heat insulation paint
WO2023214952A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Sabanci Üniversitesi Polymer-based composite material with improved mechanical properties

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012137057A (en) 2014-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101134854B (en) Tunnel fire-proof paint
US8172938B2 (en) Heat resistant and fire retardant materials and methods for preparing same
RU2529525C1 (en) Composition for producing heat-protective coating and heat-protective coating
CN101759407B (en) Fire retardant coating for underground coal seam of coal mine
CN104926267B (en) A kind of fireproof coating and its processing technology
CN101280142A (en) Environment-friendly water-based nano fireproof flame-retardant coating and preparation method thereof
CN104692758B (en) The outdoor fire-retardant fire-resistant coating for steel structure of a kind of smoke-inhibiting type
US20080145548A1 (en) Coating material
RU2527997C2 (en) Composition for thermal barrier coatings
KR20220074728A (en) Method of manufacturing heat-resistant non-combustible adhesive that withstands high temperatures of 1300 degrees or more and non-combustible adhesive manufactured thereby
RU2523818C1 (en) Fire-resistant thermal-protective coating and method for production thereof
US11859097B2 (en) Functional aqueous paint composition having incombustibility, flame resistance, heat shielding, heat insulation and dew condensation prevention effects
CN106280591A (en) A kind of thick coated type steel structure fire-proof paint and preparation method thereof
CN106280641B (en) A kind of tunnel fireproof coating and preparation method thereof
CN108148453A (en) A kind of fire-proof coating for tunnels and preparation method thereof
US7045080B1 (en) Intumescent ceramic fire retardant coating containing intumescent ceramic particles
RU2415896C2 (en) Fireproof composition
CN107057420A (en) Inorganic slim expansion fire-resistant coating for steel structure and preparation method thereof
KR101448253B1 (en) Intumescence fireproof coating composition with ligneous cellulose fiber
RU2499809C1 (en) Fire-protective coating composition
RU2691325C1 (en) Heat-insulating and fire-retardant composition and methods for production thereof
RU2660154C1 (en) Dry mixture for fire-protective coating
KR101118136B1 (en) Fire-retardant composition comprising inorganic hollow-shell particles
KR101085932B1 (en) Lignin Cellulose Fibrous Forbidden Fire Resistant Composition
RU2160296C1 (en) Fireproof composition