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航天领域用耐高温绝缘有机硅涂料的研制,采用特种有机硅树脂配用适宜的绝缘填料,研制成可用于恶劣航天环境的耐高温绝缘有机硅涂料
2020年02月04日    阅读量:2962     新闻来源:中网信息    |  投稿

0 引言

随着航天工业的发展,航天电气系统日趋复杂,航天安全问题日益受到人们的关注。航天电气系统的复杂性使其潜在故障增多,电气安全问题更为严峻。由于航天飞船内密布的电缆多达几十公里,因此由电缆绝缘问题引发的电气故障严重威胁到航天安全,而绝缘材料劣化以至绝缘损坏是产生故障的主要原因中国化工网okmart.com


绝缘材料对电机的可靠性和寿命起决定性作用,它的发展是航天电机、电器产品不断更新、优质生产的可靠保证。随着人类对太空的开发,对绝缘材料的要求越来越高,材料选用和应用研究也向不同方向发展。为了提高航天器的电气安全性能,适应航天领域的恶劣环境,必须配套有特殊性能的绝缘材料。


1 试验部分

1.1 原材料

有机硅树脂,绝缘填料,耐高温、耐磨填料,二甲苯,润湿分散剂,流平助剂。

1.2 有机硅树脂的选用

针对航天领域应用的耐高温绝缘漆,根据设计要求,选用的有机硅树脂应具有以下特性:

(1) 熔融温度高;

(2) 高温状态下,应具有优异的电气性能和机械性能;

(3) 热裂解温度高;

(4) 长期高湿条件下使用时,各种性能保持相对稳定。

根据以上特性,我们设计的有机硅树脂,采用耐热性良好的苯基氯硅烷、甲基氯硅烷及其他单体水解共聚,缩聚成带有甲基硅氧烷支链的预聚物,在加热情况下,可以合成体型的高分子聚合物。该有机硅树脂具有优异的耐高温性能、电气绝缘性、耐电弧电晕性,为H 级电工绝缘材料。有机硅树脂的技术指标见表1。

表1 有机硅树脂的技术指标

有机硅树脂的技术指标

航天领域用耐高温绝缘有机硅涂料的研制,采用特种有机硅树脂配用适宜的绝缘填料,研制成可用于恶劣航天环境的耐高温绝缘有机硅涂料 中网信息

1.3 绝缘填料的选用

绝缘填料是绝缘产品的薄弱环节,它与其它材料相比,通常可靠性较差。加之绝缘材料在使用环境中,由于施工及所处的湿热环境等作用,使其工作的稳定性和可靠性大大降低。要解决这个问题,必须对绝缘材料的耐湿热性进行优化,并对绝缘结构的配套,以及一些特殊防护方法进行研究。作为航天高分子材料,要求绝缘填料具备以下特性:

(1) 添加后不损害绝缘涂料的物理机械性能;

(2) 具有一定的热稳定性和较高的耐环境性;

(3) 在较高温度下,电性能不会有较大变化;

(4) 具有不燃性,在整个使用过程中阻燃效果不会消失。

绝缘材料需要承受250℃以上的高温,因此,在工作过程中,容易因冷热交变作用引起应力开裂。由于树脂的膨胀系数比金属大得多,这种因冷热交变产生的应力十分可观。例如,用于一些主电源电机,经过长时间的使用后,有的产品绝缘电阻降为零,经清洗、烘烤后,绝缘电阻有所提高,但是在室内放置一定时间后,绝缘电阻又降为零。这就是由于产品在使用过程中,不断受冷热冲击作用,产品中的各种绝缘材料相容性不好,造成绝缘结构局部开裂,从而降低了产品的耐潮性。对这种电机再进行整体绝缘处理,修补了裂纹后,产品的耐潮性得到恢复。为此,在产品生产中要尽量选用低收缩率、高韧性、高黏结力的树脂来制备各种绝缘材料,并选用高绝缘性的填料,以提高涂料的机械性能、耐湿热性和耐磨性。同时需添加具有高导热性能的填料,增加产品的导热性。


1.4 生产工艺

在调漆缸中加入制备好的有机硅树脂,低速搅拌下加入防沉剂、溶剂等,混合均匀,高速搅拌30 min,分散成浆料,再按配方量加入绝缘填料及耐高温填料等,高速分散30 min,进入砂磨机研磨至规定细度(30 μm),加入其他助剂,补充溶剂,调节至指标要求黏度,过滤,包装,制得耐高温绝缘有机硅涂料。


2 结果与讨论

根据上述原料及生产工艺,制备耐高温绝缘有机硅涂料,按HG/T 3855—2006 中的浸渍法在紫铜片(0.08~0.12 mm)上制备漆膜。紫铜片经清洗烘干后,浸渍涂料,浸渍后的样板须滴干15 min。样板浸渍1道漆后,在(200±2)℃烘干(不超过2 h),然后再浸渍第2 道漆,在(200±2)℃烘干6 h,取出试板,冷却至室温后进行性能测试。耐热性试验样板需在高温炉中经400℃退火处理20 min。

引用标准:

GB/T 1723—1993《涂料黏度测定法》;GB/T 1724—1979《涂料细度测定法》;GB/T 1725—2007《色漆、清漆和塑料 不挥发物含量的测定》;GB/T 1728—1979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》;GB/T 3186—2006《色漆、清漆和色漆与清漆用原材料 取样》;GB/T 6742—2007《色漆和清漆 弯曲试验(圆柱轴)》;GB/T 9278—2008《涂料试样状态调节和试验的温湿度》;GB/T13491—1992《涂料产品包装通则》;HG/T 3330—1980《绝缘漆漆膜击穿强度测定法》;HG/T 3331—1978《绝缘漆漆膜体积电阻系数和表面电阻系数测定法》;HG/T 3855—2006《绝缘漆漆膜制备法》;HG/T 3857—2006《绝缘漆漆膜耐油性测定法》。

耐高温绝缘有机硅涂料的性能测试结果见表2。

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表2 耐高温绝缘有机硅涂料的性能指标

耐高温绝缘有机硅涂料的性能指标

注:(1)本涂料的贮存期为6 个月;(2)序号6、7、8 漆膜处理,第1 道漆(200±2)℃干燥1.5 h 后,再浸第2 道漆,于(200±2)℃干燥6 h 后测试。

3 施工工艺

涂装环境对漆膜绝缘性及耐高温性能有很大的影响,为保证涂装质量,对涂装环境提出如下要求:

不能在有雨、雾、雪的天气进行露天涂装作业,相对湿度大于85%时不宜施工;底材温度高于露点以上3℃才可进行施工;夏季阳光直射、底材温度高于60℃时不能施工。

涂料开桶后,使用前必须将原漆充分搅拌,使沉淀混合均匀。该涂料喷涂、刷涂均可。干燥条件:150~160℃,2~4 h。

4 结语

我厂生产的W 系列耐高温绝缘有机硅涂料具有高介电性,高热稳定性,高机械性能,良好的耐水性、耐潮性、化学稳定性及导热性等,广泛应用于航空航天领域。该系列产品曾成功运用于“神舟五号”、“神舟六号”载人火箭项目,具有广阔的应用前景。


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