Терморегулирующее покрытие на основе неорганического класса "истинный поглотитель"


 

C09D1/02 - Составы для нанесения покрытий, например краски, масляные или спиртовые лаки; заполняющие пасты; чернила; химические средства для удаления краски или чернил; корректирующие жидкости; средства для морения древесины; пасты или твердые вещества для окрашивания или печатания; использование материалов для этой цели (косметика A61K; способы для нанесения жидкостей или других текучих веществ на поверхности вообще B05D; морение древесины B27K 5/02;органические высокомолекулярные соединения C08; органические красители и родственные соединения для получения красителей, протрав или лаков как таковых C09B; обработка неорганических неволокнистых материалов, используемых в качестве пигментов или наполнителей, C09C; природные смолы, политура, высыхающие масла, сиккативы, скипидар как таковые C09F;

Владельцы патента RU 2560396:

Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") (RU)

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к покрытиям пассивной терморегуляции класса «истинный поглотитель» («ИП»). Терморегулирующее покрытие класса «истинный поглотитель» выполнено из композиции, включающей неорганическое силикатное связующее и магнетит. Композиция в качестве неорганического силикатного связующего содержит водный раствор лития кремнекислого с модулем 2,9-3,4 (1,0 мас.ч.), магнетит (2,9-4,0 мас.ч.) и дополнительно в качестве пигментов и наполнителей - Co3O4 (2,9-4,0 мас.ч.), BaAl2O4 (0,1-0,8 мас.ч.) и воду - до требуемой вязкости. Изобретение направлено на разработку терморегулирующего покрытия класса «истинный поглотитель» с улучшенным коэффициентом теплового излучения ε=0,95, удельным объемным электрическим сопротивлением ρv<103 Ом·м. Изобретение обеспечивает получение технологичного покрытия с коэффициентом поглощения солнечного излучения αs≥0,98, низким газовыделением по ГОСТ Р 50109 (потеря массы не более 1,0%, летучие конденсирующиеся вещества не более 0,1%), устойчивого к воздействию ФКП при длительных сроках активного существования КА. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к покрытиям пассивной терморегуляции класса «истинный поглотитель» («ИП») с антистатическими свойствами, низким газовыделением, с повышенной стойкостью к воздействию факторов космического пространства (ФКП) (протонное, электронное излучение, ультрафиолетовое излучение, термоперепады в вакууме), наносимых на наружную поверхность космических аппаратов для поддержания определенного теплового режима.

Терморегулирующие покрытия (ТРП) в конструкциях космических аппаратов (КА) являются элементами внешних покрытий (ВП) и входят в систему пассивной терморегуляции. Назначение ВП КА - обеспечение расчетных величин внешних тепловых нагрузок от излучения Солнца и планет и сброс тепла в космическое пространство.

Определяющими характеристиками ТРП являются коэффициент поглощения солнечного излучения αs, для ТРП «ИП» αs→1 и коэффициент теплового излучения (степень черноты) ε для ТРП «ИП» ε→1.

К терморегулирующим материалам и покрытиям предъявляются повышенные требования радиационной стойкости, в части сохранения термооптических характеристик в период всего срока эксплуатации, и по величине газовыделения в связи с большой площадью, занимаемой этими материалами на поверхности КА.

Длительная и безопасная работа КА в значительной степени определяется способностью ТРП сохранять или изменять в прогнозируемом пределе служебные характеристики в процессе эксплуатации, т.е. стойкость материалов к воздействию ФКП (протонное, электронное излучение, ультрафиолетовое излучение, термоперепады в вакууме).

Превышение требований ГОСТ Р 50109-92 по газовыделению приводит к оседанию легкоконденсируемых веществ (ЛКВ) на поверхностях оптических приборов, что отражается на работе аппаратуры, находящейся на борту КА. Низкое газовыделение (общая потеря массы ≤1,0%, ЛКТ≤0,1%) приведет к снижению загрязнения оптических поверхностей КА.

К покрытиям КА, находящихся на орбитах, проходящих через радиационные пояса Земли, предъявляется требование по удельному объемному электрическому сопротивлению (ρv≤105 Ом·м). Адгезия покрытия к материалу подложки должна быть не ниже 2 баллов.

В настоящее время усилия разработчиков в области космического материаловедения направлены на создание и разработку принципиально новых компонентов и ТРП на их основе, устойчивых к воздействию ФКП при длительных сроках активного существования КА (15 и более лет) как на низких до 400-600 км, так и для геостационарных и высокоэллиптических орбит.

Из патентной литературы известны терморегулирующие покрытия классов «солнечный отражатель» (см. RU 2248954 C2, C04B 41/87, B64G 1/58, см. RU 2421490 C1, C09D 1/02, C09D 5/24, C09D 5/33) и «истинный поглотитель» (см. RU 2216557, C1 C09D 1/02, C04B 28/26), в состав которых входит силикатное связующее в виде калий-кремнекислого водного раствора. Данные составы ТРП имеют высокую радиационную стойкость к ультрафиолетовому излучению, могут быть использованы в системах пассивного терморегулирования космических аппаратов.

В патенте RU 2216557 C1, принятом за прототип, описан состав, состоящий из силикатного связующего в виде калий-кремнекислого раствора с модулем 3,5-4,0 в количестве 47-60 мас.ч. и магнетита в количестве 40-53 мас.ч. Данное терморегулирующее покрытие имеет высокое значение коэффициента поглощения солнечного излучения αs=0,97-0,98. Недостатками данного терморегулирующего покрытия является невысокий для класса «истинный поглотитель» коэффициент теплового излучения ε=0,90 и отсутствие антистатических свойств.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка терморегулирующего покрытия класса «истинный поглотитель» с улучшенным коэффициентом теплового излучения ε=0,95 и удельным объемным электрическим сопротивлением pv<103 Ом·м.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение технологичного покрытия с коэффициентом поглощения солнечного излучения αs≥0,98, низким газовыделением по ГОСТ Р 50109 (потеря массы не более 1,0%, летучие конденсирующиеся вещества не более 0,1%), устойчивого к воздействию ФКП при длительных сроках активного существования КА.

Поставленная задача достигается тем, что терморегулирующее покрытие класса «истинный поглотитель», включающее неорганическое силикатное связующее и магнетит, при этом в качестве неорганического силикатного связующего содержит водный раствор лития кремнекислого с модулем 2,9-3,4 и дополнительно в качестве пигментов и наполнителей Co3O4, BaAl2O4 в следующих массовых соотношениях, мас.ч.:

неорганическое силикатное связующее -
литий кремнекислый с модулем 2,9-3,4 1,0
магнетит от 2,90 до 4,00
Co3O4 от 2,00 до 3,50
BaAl2O4 от 0,10 до 0,80
разбавитель - вода дистиллированная до требуемой вязкости

Основным преимуществом применения жидких стекол в качестве пленкообразующего связующего для терморегулирующих покрытий является отсутствие проблем, связанных с дегазацией, т.к. они не содержат органических растворителей. Пленки водного раствора лития кремнекислого имеют газовыделение ПМ=0,15%, ЛКВ=0,02%, что отвечает требованиям ГОСТ Р 50109 (ПМ≤1,0%, ЛКВ≤0,1%), радиационную стойкость к воздействию протонного излучения при флюенсе протонов ≈1016 см-2 Δαs=0,08 и удельное объемное электрическое сопротивление ρv=6,79·105 Ом·м.

Для создания ТРП класса «истинный поглотитель» используются пигменты и наполнители черного цвета. Опробованные эмалевые композиции с разным наполнением и соотношением компонентов наносились на подложки из алюминиевого сплава АМгб методом пневматического распыления.

Пример 1

Изготовлена эмалевая композиция на основе водного раствора лития кремнекислого с модулем 2,9-3,4-1,0 мас.ч., пигментов и наполнителей, мас.ч.:

магнетит 4,00
Co3O4 3,40
BaAl2O4 0,80
вода дистиллированная 3,00

Получена пастообразная высоковязкая, более 100 с по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм (ГОСТ 8420-74 «Материалы лакокрасочные. Метод определения условной вязкости») нетехнологичная композиция, выгрузка из диспергирующего оборудования затруднена.

Пример 2

Изготовлена эмалевая композиция на основе водного раствора лития кремнекислого с модулем 2,9-3,4-1,0 мас.ч., пигментов и наполнителей, мас.ч.:

магнетит 3,40
Co3O4 2,80
BaAl2O4 0,50
вода дистиллированная 5,00

Эмалевая композиция имеет оптимальную вязкость, от 20 до 45 с по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм (ГОСТ 8420-74 «Материалы лакокрасочные. Метод определения условной вязкости») для изготовления на диспергирующем оборудовании.

Покрытие на основе данной рецептуры имеет коэффициент поглощения солнечного излучения αs=0,980, коэффициент теплового излучения ε=0,95, удельное объемное электрическое сопротивление ρv=5·102 Ом·м, адгезия равна 1 балл. Минимальная толщина покрытия составляет 145-155 мкм.

Пример 3

Изготовлена эмалевая композиция на основе водного раствора лития кремнекислого с модулем 2,9-3,4-1,0 мас.ч., пигментов и наполнителей, мас.ч.:

магнетит 2,90
Co3O4 2,00
BaAl2O4 0,10
вода дистиллированная 5,50

Эмалевая композиция имеет вязкость менее 20 с по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм (ГОСТ 8420-74 «Материалы лакокрасочные. Метод определения условной вязкости»). Снижение вязкости композиции вызывает невозможность диспергирования из-за большого содержания воды.

Требуемая вязкость композиции зависит от способа нанесения терморегулирующего покрытия на окрашиваемую поверхность и регулируется количеством разбавителя (вода дистиллированная) в пределах 3,5-5 мас.ч.

Разработанное лакокрасочное ТРП обладает следующими характеристиками:

- жизнеспособность эмалевой композиции до нанесения составляет не менее 6 месяцев;

- покрытие технологично, легко наносится и ремонтируется в случае повреждения;

- для нанесения покрытия используется унифицированное окрасочное оборудование;

- не требуется дегазация при отверждении покрытия;

- толщина покрытия составляет 145-155 мкм;

- газовыделение покрытия составляет: реальная потеря массы равна 0,07%, содержание летучих конденсирующих веществ равно 0,02%, что соответствует требованиям ГОСТ Р 50109;

- после воздействия знакопеременных температур от минус 150°C до плюс 150°C изменение коэффициента поглощения солнечного излучения αs составляет 0,002, коэффициент теплового излучения ε и удельное электрическое сопротивление ρv покрытия остаются без изменений, адгезия равна 2 балла, внешний вид покрытия остается без изменений (черное матовое покрытие, без включений и трещин);

- после комплексного воздействия факторов космического пространства, имитирующих эксплуатацию КА в течение 15 лет, коэффициент поглощения солнечного излучения αs практически не изменяется и, начиная с флюенса протонов 1016 см-2 до флюенса 1017 см-2, остается постоянным и равным 0,98, коэффициент излучения ε практически не изменяется и остается в пределах 0,95; конечное значение удельного объемного сопротивления ρv не превышает значение 103 Ом·м; внешний вид покрытия после испытаний остается без изменений (черное матовое покрытие, без включений и трещин).

Таким образом, предлагаемое терморегулирующее покрытие превосходит прототип по оптическим (коэффициент теплового излучения ε), электрофизическим (удельное электрическое сопротивление ρv), адгезионным свойствам и жизнестойкости эмалевой композиции перед нанесением, см. табл. 1.

Таблица 1
Параметры терморегулирующего покрытия Предлагаемый состав Состав из патента RU 2216557 С1 (прототип)
Коэффициент поглощения солнечного излучения, αs 0,98 0,97-0,98
Коэффициент теплового излучения, ε 0,95 0,90
Удельное объемное электрическое сопротивление, ρv, Ом·м ≤103 -
Адгезия по ГОСТ 15140, метод 4, балл 1 2
Адгезия по ГОСТ 27890, МПа 28-35 -
Жизнестойкость эмалевой композиции перед нанесением, мес 6 -
Газовыделение по ГОСТ Р 50109,
ПМ, % 0,07 -
ЛКМ, % 0,02 -

Терморегулирующее покрытие класса «истинный поглотитель», включающее неорганическое силикатное связующее и магнетит, отличающееся тем, что в качестве неорганического силикатного связующего содержит водный раствор лития кремнекислого с модулем 2,9-3,4 и дополнительно в качестве пигментов и наполнителей - Co3O4, BaAl2O4 при следующем массовом соотношении, мас.ч.:

неорганическое силикатное связующее -
литий кремнекислый с модулем 2,9-3,4 1,0
магнетит от 2,90 до 4,00
Co3O4 от 2,00 до 3,50
BaAl2O4 от 0,10 до 0,80
разбавитель - вода дистиллированная до требуемой вязкости



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к антирадарному покрытию, включающему вещество ВК-6, которое добавляется в бесцветный лак НЦ. Технический результат - получение покрытия, поглощающего электромагнитные волны в широком диапазоне, исключая проникновение этих волн вглубь, при этом покрытие нетрудоемкое и доступно при изготовлении и найдет применение в быту и технике.

Изобретение относится к материалам, поглощающим электромагнитные волны, и может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения радиолокаторами объектов и оборудования наземной, авиационной и космической техники.
Изобретение относится к полимерным композициям, обладающим экранирующими свойствами, предназначенным для улучшения электрогерметичности разъемных фланцевых соединений СВЧ-устройств, особенно для бортовой аппаратуры.
Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в бортовых микрополосковых СВЧ-устройствах. Лаковая композиция содержит отвердитель АФ-2, фторопластовый лак ЛФЭ-32 ЛНХ, углеродные нанотрубки и базальт чешуйчатый.

Изобретение относится к способу изготовления поглощающего покрытия, обеспечивающего поглощение в инфракрасном диапазоне длин волн для создания эталонов абсолютно черного тела в имитаторах излучения для аппаратуры дистанционного зондирования земли со стабильными характеристиками.
Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к полимерным композиционным материалам, предназначенным для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах.

Изобретения относятся к области радиопоглощающих материалов. Способ получения радиопоглощающего покрытия включает послойное нанесение на подложку слоев радиопоглощающего материала, содержащего 20-70 масс.% смеси микрошариков, изготовленных из природного граната по плазменной технологии, и связующего вещества, с закреплением нанесенного покрытия путем термообработки.

Изобретение относится к радиопоглощающему материалу, содержащему полимерное связующее и наполнитель, состоящий из порошкообразного карбонильного железа. При этом в наполнитель введены дискретные углеродные волокна в соотношении, мас.%: дискретные углеродные волокна 40-10, порошкообразное карбонильное железо 60-90, при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее 85-15, наполнитель 15-85.
Изобретение относится к радиоэлектронной технике, в частности к получению полимерных композиций, предназначенных для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ устройствах, например в усилителях компенсационных каналов радиолокационных станций.

Изобретение относится к полимерным композициям, предназначенным для поглощения воздействующих излучений. Полимерная композиция содержит в качестве основы каучук низкомолекулярный диметилсилоксановый СКТН, катализатор холодного отверждения К-68, в качестве поглощающего наполнителя железо карбонильное радиотехническое Р-10, дополнительно содержит раствор высокомолекулярного каучука СКТ в жидкости полиметилсилоксановой и тетраэтоксисилане или его производных, а также полиэтиленполиамин в качестве регулятора скорости отверждения.

Группа изобретений относится к способу и устройству для нанесения электропроводного покрытия поверх первой поверхности светоотражающего покрытия солнечного зеркала.
Изобретение относится к составам для получения электропроводных покрытий на поверхности субстратов. Описывается печатная композиция для получения электропроводных покрытий на основе диспергированных в воде частиц серебра.

Изобретение относится к способу нанесения состава для покрытия, содержащего углерод в форме углеродных нанотрубок, графенов, фуллеренов или их смеси, и металлические частицы, на субстрат с последующей обработкой под давлением и тепловой обработкой покрытия после нанесения на субстрат.
Изобретение относится к гальванопластике, в частности к электропроводящим термопластичным материалам для изготовления электропроводящих форм. Описан электропроводящий термопластичный материал для гальванопластики, содержащий связующие и электропроводящий наполнитель, где в качестве связующего содержит смесь полиэтиленового воска и парафина в соотношении от 2/1 до 1/3, а в качестве электропроводящего наполнителя графит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полиэтиленовый воск 10-20, парафин 10-30, графит 60-70.

Изобретение относится к получению изделий с многослойным светочувствительным покрытием и может быть использовано для получения тонкопленочных солнечных элементов, фотокаталитических изделий.
Изобретение относится к изготовлению лакокрасочных материалов на основе полимерных пленкообразующих связующих и может быть использовано для получения искусственных пленочных электропроводящих покрытий (резистов), предназначенных для изготовления радиопоглощающих заполнителей.

Изобретение относится к оптически прозрачной проводящей пленке на основе углерода, способу приготовления и применению этой пленки в качестве электрода в оптоэлектронных приборах.

Изобретение относится к электропроводящим полимерным композиционным материалам и может быть использовано для изготовления твердых поверхностных электропроводящих покрытий в виде пленок.

Изобретение относится к способу изготовления металлизированного текстильного изделия плоской формы. .

Изобретение относится к области нанесения лакокрасочных покрытий на основе жидкого стекла. Может быть использовано при изготовлении художественных изделий, для оформления современных интерьеров, во флористике и других областях, где требуется использовать красивую и необычную фактуру.
Наверх