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“天宮一號”升空在即 火箭涂料保駕護航
2011-9-22 來源:慧聰網
關鍵詞:有機樹脂 硅樹脂 火箭涂料 天宮一號

    2011年9月20日,酒泉衛星發射中心,晴空萬里。9時整,“天宮一號”端坐在70米高的長征二號F運載火箭上,沿著一條1500米長的無縫鐵軌,經過1小時7分鐘的移動,順利轉運至發射場。至此,備受矚目的“天宮一號”,正式進入發射倒計時。

    天宮一號是中國首個空間實驗室的名稱,中國將于2010年—2011年底發射“天宮一號”目標飛行器,分別與神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船對接。從而建立第一個中國空間實驗室。中國載人航天工程新聞發言人2011年9月20日宣布,天宮一號將于9月27日至30日在酒泉擇機發射。天宮一號目標飛行器、長征二F運載火箭組合體已轉運至發射區。

    火箭涂料飛速發展

    現代航天技術飛速發展,中國、美國、俄羅斯等國家都有自己穩定的火箭系列。火箭是眾多高科技技術的集合體,其中高科技特種涂料則為火箭穿上一層薄而堅韌的保護衣。
    都知道要把人造衛星送入太空,需要推力很大的宇宙火箭,并且要求火箭的飛行速度達到每秒8公里以上才行。在這樣快的速度下,火箭外殼與大氣摩擦將會產生上千度的高溫。與此同時,當火箭發動機工作時,還要噴出幾千度的高溫氣流,這樣一來,火箭就得承受攝氏幾千度的高溫。一般來說,火箭的外殼是用鈦合金、鈹合金和鋁合金等材料做成的,而這些合金材料很容易傳熱。要是火箭的外殼直接接觸這樣的高溫,那么火箭外殼的強度將會大大減弱,幾千度的高溫就很快傳到火箭內部,燒壞火箭的各種自動控制儀器和電子元件,火箭也就無法按預定的軌道正常飛行。為了防止幾千度的高溫傳入火箭內部,使火箭內的各種儀表正常工作,人們想辦法給火箭外殼涂上一層又輕又薄的特種涂料——耐燒蝕隔熱涂料。涂上這種涂料,就好比給火箭穿上了一件石棉衣服,火箭在大氣中飛行就安全無恙了。

    新型科技護航火箭發射

    大多數涂料是以有機樹脂為基料的。它為什么在高溫時,會有不燃燒和隔熱的性能呢?科學家通過長期的科學實驗,發現只要合成一種含有硅、磷、氮、硼、氯等元素的有機樹脂,它就具有耐高溫和自熄的特性。如果再在這類耐高溫的樹脂中,加入一些無機填料(如二氧化硅、云母粉、碳硼纖維等)和升華物質(如氧化硒、硫化汞等),就可以制得一種既耐高溫又有良好隔熱性能的涂料。
    這種特種涂料可以采用一般的涂刷、噴、刮的方法,把它緊密地覆蓋在火箭的外殼上。當火箭在大氣中高速飛行時,火箭外殼和氣流摩擦所產生的熱量,使涂層中的升華物質漸漸揮發,與此同時,耐高溫有機樹脂形成了微孔的碳化層。在這個過程中,雖然涂料表面消融了,但也帶走了部分熱量。留下的碳化層就好象一道隔熱的屏障,把外界大部分熱量隔絕掉。
    當然,火箭在高速飛行時,氣流有可能把這層碳化層沖走,但是涂層的厚度是根據火箭飛行時間,涂料消融速度和涂層的隔熱效果設計的。沖走了一層碳化層,它還“后繼有人”,下面沒有碳化的涂層又開始“赴湯蹈火”,直到火箭完成飛行使命為止。

    支撐火箭順利升空的支架涂料

    筆者了解到其實塔架上用的漆和其它鋼結構沒什么兩樣,太原重工承建的西昌發射塔架以前用的涂料是醇酸漆。火箭發射時四周圍的支架可能受到短時高溫沖擊,會融化掉一些。要在周圍幾根柱子上涂些高溫漆,防止高溫讓支架損毀嚴重,在以前火箭四周使用的是耐高溫鋁粉漆。
    筆者現在就來介紹下火箭支架的保護者高溫漆是一種能長期或短期內在高溫表面工作的保護,具有普通油漆不具備的優良耐熱性!目前最為常用的高溫漆種類要數有機硅元素類高溫漆和無機耐高溫漆,有機硅樹脂是一種能經受200-1000度的高溫,無機高溫漆可以長時間耐溫1700℃,且覺有絕緣等特性的樹脂,是在制備高溫漆時不可缺少的一類原材料!因此如果要了解高溫漆就必須先了解有機硅高溫樹脂:
    硅樹脂是一種熱固性的塑料,它最突出的性能之一是優異的熱氧化穩定性。250℃加熱24小時后,硅樹脂失重僅為2~8%。硅樹脂另一突出的性能是優異的電絕緣性能,它在寬的溫度和頻率范圍內均能保持其良好的絕緣性能。一般硅樹脂的電擊穿強度為50千伏/毫米,體積電阻率為1013~1015歐姆厘米,介電常數為3,介電損耗角正切值在10-30左右。此外,硅樹脂還具有卓越的耐潮、防水、防銹、耐寒、耐臭氧和耐候性能,對絕大多數含水的化學試劑如稀礦物酸的耐腐蝕性能良好,但耐溶劑的性能較差。
    火箭涂料作為高科技的涂料,為我國高科技事業做出了自己的貢獻。

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(藍劍)
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