CC BY
22
УДК 669.056.95
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИСПЕРСНОГО УГЛЕРОДНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВНОГО КОМПОНЕНТА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
А. В. Купряшов Научный руководитель - И. Я. Шестаков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: KupryashovAndrey@yandex.ru
Предложен способ исправления недостатков многофункциональных покрытии, применяемых в аэрокосмической технике, благодаря замене основного компонента покрытия на дисперсный углеродный наполнитель.
Ключевые слова: многофункциональное покрытие, защита системы управления, углеродный дисперсный наполнитель, низкомолекулярный полимер, флуороновый краситель, графитовый порошок.
THE USE OF DISPERSED CARBON FILLER AS THE MAIN COMPONENT OF THE MULTIFUNCTIONAL COATING OF AIRCRAFT
A. V. Kupryashov Scientific supervisor - I. Y. Shestakov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: KupryashovAndrey@yandex.ru
In this paper, a method for correcting the disadvantages of multifunctional coatings used in aerospace engineering by replacing the main component of the coating with a dispersed carbon filler.
Keywords: multifunctional coating, protection of control system, carbon dispersed filler, low-molecular polymer, fluorescent dye, graphite powder.
B аэрокосмической технике основное назначение многофункционального (функционально-градиентного) покрытия состоит в теплозащите, защите от ионизирующего, электромагнитного и радиоизлучения, отражение лазерного влияния, направленных на воздействие в двигательную аппаратуру, систему управления, электрооборудования и приборы изделия. К второстепенным функциям мультифункционального покрытия в ракетной технике относятся увеличение прочности и жесткости отдельных внешних частей изделия, а также защита от коррозии и эрозии [1].
На рис. 1 представлена конструкция защиты системы управления двигательного блока летательного аппарата. На корпусе двигательного блока установлена специальная защитная система из панелей и пластин с нанесённым на внешней стороне специальным многофункциональным покрытием, которое предназначено для защиты от внешнего воздействия (электромагнитного и лазерного излучения) на кабельную систему и элементы управления двигателем.
Многофункциональное покрытие имеет сложный состав и структуру. Оно состоит из 4-х основных компонентов: дисперсный наполнитель, низкомолекулярный полимер, катализатор и флуороновый краситель [2].
Секция «Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты»
Катализатор применяется для полимеризации рабочей смеси покрытия, то есть для образования высокомолекулярного вещества путём структурного присоединения молекул низкомолекулярного вещества к активному центру. Другими словами, катализатор служит для создания однородной массы - не имеющей жидкой фазы и не распадающейся. Как правило, применяются катализаторы «холодного отверждения», имеющие аминный характер действующего начала. Главным преимуществом использования данного катализатора является отсутствие в его составе органических солей олова - вредных веществ.
В качестве низкомолекулярного полимера в современных функционально-градиентных покрытиях используется полистирол-полисилоксановый сополимер [2]. Полимер используется для связки всех компонентов покрытия в единую структуру. Жидкий полистирол-полисилоксановый сополимер идеален тем, что он отвердевает, с помощью любого катализатора холодного отверждения. Главным достоинством использования такого полимера является то, что он не токсичен, не взрывоопасен, биологически инертен.
Родамин 6Ж - аминоксантеновый краситель, используется для экстракционно-фотометрического определения качества нанесенного слоя многофункционального покрытия (визуализации). А именно, поверхностный слой покрытия из-за неоднородной структуры основного компонента имеет неровную поверхность. Для наглядного представления неровностей и применяется родамин 6Ж, он окрашивает все неровности в яркий цвет красноватого оттенка. Родамин 6Ж является токсичным веществом 2-го класса опасности, из-за входящих в его состав соединений хлора (1 атом, 7.4 %) и азота (2 атома, 5.8 %).
Основным компонентом многофункционального покрытия является дисперсный наполнитель - микростеклосферы модифицированные вольфрамом, то есть полые частицы микростеклосфер, на поверхность которых нанесено вольфрамовое покрытие [3]. Частицы микростеклосфер имеют разнообразную форму: сфера, куб, параллелепипед, чешуйка, цилиндр, шестиугольник, различные волокна и т. д. Всё это приводит к неоднородности слоёв покрытия, а точнее к хаотичное расположение частиц дисперсного наполнителя в слое.
Многофункциональное покрытие состоящие из компонентов описанных выше активно применяется сегодня в аэрокосмической технике [3], но оно имеет ряд недостатков. А именно особо опасный и вредный компонент Родамин 6Ж, высокая стоимость компонентов и большие трудовые затраты на получения композиционной смеси; неоднородность слоёв покрытия, из-за структуры дисперсного наполнителя.
Данные недостатки могут быть устранены путём использования дисперсного углеродного наполнителя [4], изготовленного на основе графита с гексагональной кристаллической структурой.
Рис. 1. Конструкция защиты системы управления двигательного блока летательного аппарата
Графитовый порошок получается электрохимическим методом, где анод - графит высокопрочный мелкодисперсный плотный марки МПГ-6. Основные физико-химические характеристики и свойства графита марки МПГ-6 представлены в таблице [5].
Основные физико-химические характеристики и свойства графита марки МПГ-6
№ п/п Параметр Значение
1 Плотность, г/см3 1,65
2 Коэффициент теплопроводности, Вт/мК 95
3 Предел прочности при сжатии, МПа, не менее 73
4 Предел прочности при изгибе, МПа, не менее 34,3
Так как плотность графита марки Mill -6 намного выше (см. табл. 1), по сравнению с микростеклосферой с нанесённым вольфрамом (-0,62 г/см3), то основные механические свойства многофункционального покрытия на основе графита будут иметь более высокие значения, по сравнению с используемыми покрытиями на основе микростеклосфер.
Графитовый порошок имеет ровную «зернистую» (крупчатую) структуру, величина частиц достигает размера 0,004 мм, а это значит, что многофункциональное покрытие на основе такого графитового порошка будет иметь ровную однородную микроструктуру, так как частицы плотно связаны друг с другом. Получаемая однородная структура поверхности слоёв многофункционального покрытия исключает необходимость использования ксантенового красителя, то есть токсичного и вредного компонента.
Таким образом, дисперсный углеродный наполнитель из графита марки Mill -6 с величиной частиц примерно 0,004 мм), даёт следующие преимущества: исключения из состава многофункционального покрытия токсичного вещества 2-го класса опасности Родамин 6Ж; высокие значения основных механических свойств многофункционального покрытия, из-за высокой плотности частиц; более низкая стоимость основного компонента; уменьшение трудовых затрат на дополнительную механическую обработку.
Библиографические ссылки
1. Kupryashov A. V., Shestakov I. YA. Multifunctional coating in modern rocket and space technology // Молодежь. Общество. Современная наука, техника и инновации: материалы XIX Междунар. науч. конф. бакалавров, магистрантов, аспирантов и молодых ученых (20 мая 2020, г. Красноярск): под общ. ред. Ю. Ю. Логинова; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. -Красноярск, 2020. С. 321-322.
2. Термоэмиссионный способ тепловой защиты частей летательных аппаратов при их аэродинамическом нагреве: пат. 2404087 C1 Рос. Федерация. №: 2009140802/11 / Керножицкий В. А., Колычев А. В., Охочинский Д. М.; заявл. 03.11.2009; опубл. : 20.11.2010, Бюл. № 32. 7 с.
3. Шайдурова Г. И., Васильев И. Л., Карманова Л. И. Разработка и подтверждение работоспособности ремонтного состава для наружного теплозащитного покрытия // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2014. № 36. С. 49-63.
4. Леонов Д. В. Разработка полиамида-6 функционального назначения, модифицированного окисленным графитом: дис. ... канд. техн. наук: 05.17.06. Саратов, 2018. 163 с.
5. Wright H. Electrochemical Engineering: Emerging Technologies and Applications // Willford Press. 2016. 254 p.
© Купряшов А. В., 2020
