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高分子材料在航天领域的应用及发展 高分子材料 macromolecularmaterial 以高分子化合物为基础的材料 高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料 包括橡胶 塑料 纤维 涂料 胶粘剂和高分子基复合材料 高分子是生命存在的形式 所有的生命体都可以看作是高分子的集合 涂料的应用 火箭外壳特种涂料大多数涂料是以有机树脂为基料的 它为什么在高温时 会有不燃烧和隔热的性能呢 科学家通过长期的科学实验 发现只要合成一种含有硅 磷 氮 硼 氯等元素的有机树脂 它就具有耐高温和自熄的特性 如果再在这类耐高温的树脂中 加入一些无机填料 如二氧化硅 云母粉 碳硼纤维等 和升华物质 如氧化硒 硫化汞等 就可以制得一种既耐高温又有良好隔热性能的涂料 这种特种涂料可以采用一般的涂刷 喷 刮的方法 把它紧密地覆盖在火箭的外壳上 当火箭在大气中高速飞行时 火箭外壳和气流摩擦所产生的热量 使涂层中的升华物质渐渐挥发 与此同时 耐高温有机树脂形成了微孔的碳化层 在这个过程中 虽然涂料表面消融了 但也带走了部分热量 留下的碳化层就好象一道隔热的屏障 把外界大部分热量隔绝掉 当然 火箭在高速飞行时 气流有可能把这层碳化层冲走 但是涂层的厚度是根据火箭飞行时间 涂料消融速度和涂层的隔热效果设计的 冲走了一层碳化层 它还 后继有人 下面没有碳化的涂层又开始 赴汤蹈火 直到火箭完成飞行使命为止 这种耐烧蚀隔热涂料 除了用于火箭和飞船等航天工具 还可用在飞机发动机的隔热 玻璃钢火箭发射筒的隔热和抗激光穿透等方面 用于尖端领域战斗机中的隐形涂料 它是指通过各种手段 尽量降低飞机被敌方雷达 红外辐射等探测系统发现和跟踪的可能性 其中吸波涂料在飞机隐形功能上起到的作用仅次于飞机的外形结构 按其功能又可分为雷达吸波涂料 红外吸波涂料 可见光吸波涂料 激光吸波涂料 声纳吸波涂料和多功能吸波涂料 雷达吸波涂料是目前吸波涂料的主要应用种类 雷达吸波涂料就是对雷达波具有低反射的涂料 其作用方式有两种 一是涂料吸收雷达波 转换为热能 二是当涂层厚度等于雷达波长的1 4时 通过谐振作用减少雷达波的反射 目前 应用于飞机的雷达吸波涂料比较多 如铁氧体吸波涂料 其价格低廉 吸波能力强 应用广泛 羰基铁吸波涂料吸收能力强 应用方便 但面密度大 陶瓷吸波涂料密度低 吸波性能好 放射性同位素吸波涂料 涂层薄且轻 具有吸收频带宽 耐用性好 能承受高速空气动力等优点 导电高分子吸波涂料涂层薄且易维护 吸收频带宽 近年来 纳米吸波涂料成为吸波涂料新的亮点 其机械性能好 面密度低 是高效的宽频带吸波涂料 可以覆盖电磁波 微波和红外 并能增强腐蚀防护能力 耐候性好 涂装性能优异 另外手征吸波涂料是近几年来吸波涂料领域研究的热点 与一般吸波涂料相比 具有吸波频率高 吸收频带宽的优点 并可以通过调节旋波参量来改善吸波特性 在提高吸波性能 扩展吸波带方面具有很大潜能 红外吸波涂料是指用于减弱武器系统红外特征的信号以达到隐形技术要求的特殊功能涂料 红外吸波涂料的主体树脂是单组分橡胶树脂 其与过氯乙烯涂料 环氧铁红底漆 聚氨酯涂料具有良好的配套性 可见光吸波涂料又称视频隐形技术 可以弥补雷达隐形和红外隐形的不足 它针对人的目视 照相 摄像等观测手段 通过降低飞机目标与背景之间的亮度 色度和运动的对比特征 达到降低目标被发现的概率 中国的歼 20可能部分采用了等离子吸波涂料 等离子体吸波涂料是将放射性物质涂覆在目标上 使目标表面附近的局部空间电离 形成等离子体来吸收电磁波的能量 早在20世纪60年代 前苏联就开始了等离子体吸收电磁波性能的研究 20世纪80年代初开始了等离子体的实验 重点研究等离子体在高空超声速飞行器上的潜在应用 此技术最大的特点就是不用改变装备的结构 只需利用等离子体发生器就可以实现隐身目的 且隐身效果非常好 航空航天市场发展迅猛势必带动飞机涂料发展 随着全球航空工业的发展 航空涂料也得到了较大的发展 由于涂料对飞机起到了重要的保护作用 因此对航空涂料的技术要求也越来越高 据张诗了解 近些年来 在国家和企业积极的开拓和努力下 飞机涂料领域取得了明显的成效 据悉 拜耳材料科技和航天飞机涂料供应商Deft公司共同研发的长波紫外光固化涂料 具有固化速度快 挥发性有机化合物含量低 挥发性有毒空气污染源少等良好特性 且已作为C 130大型空运飞机以及F 16战斗机外壳的刻字涂料 并定期进行色变及保光性测试 600多小时的飞行测试显示C 130大型空运飞机上的刻字涂料为E级 相比传统聚氨酯含氟聚合物涂料其性能更优 除了对飞机用涂料性能要求的提升 近年来在施工工艺方面也有较大的发展 如今 国外民用客机蒙皮的最新涂装工艺是底色漆加罩光清漆配套的方案 由PPG工业公司航空材料事业部研究的航空底色漆 清漆涂料系统 第一层喷涂后明显比使用传统双涂层系统时喷涂首层面漆后更具有浓厚色彩 第二层使用清漆 可以改善光泽度 色彩持久度和自清洁性 由于比传统的涂料质量更轻 更持久 且喷涂更省时 因此可帮助航空公司每年节省大量的维护资金 另外 隐身涂料也是飞机涂料的其中一种 它是反雷达探测及防止电磁波泄漏或干扰的一种材料 其中 一种叫等离子体隐身涂料的飞机涂料 可以在飞行器飞行过程中放射出强射线 高能粒子促使飞行器表面外的空气电离形成等离子体层 对微波 红外辐射有很好的吸收效果 等离子体隐身飞机就是采用等离子隐身涂料研制的一种隐身性能极强的飞机 可能有人会问 是不是隐形飞机只要涂上隐身涂料就可以隐形了 答案是不会隐形 所谓的隐身并不是我们肉眼看不到 而是为了避开雷达 让其无法侦察到飞机的存在 虽然是最为秘密的军事机密之一 但隐形技术已经受到了全世界的极大关注 而制作隐形涂料也成为行外人最想探究的领域 据张诗了解 俄罗斯克尔德什研究中心已经开发出第一代和第二代等离子体发生器 该研究所在地面模拟设备和自然条件下以及飞机上的试验已经充分地证明了这种隐身技术的实用性 随着现在科学技术的发展 对于飞机涂料技术的要求已经日益提高 近年来 美 英 俄 法等军事强国纷纷投入巨资加大对飞机涂料的开发力度 可以看出 飞机涂料的发展已经不单单只是为了满足人们的出行 而是标志着一个国家科学领域的进步 往大处说更是关系到了国防力量的巩固 慧聪张诗认为 好的材料是航空工业实现现代化的物质基础 先进的飞机和发动机设计方案 必须有相应的航空材料和精湛的制造技术方能实现 有资料表明 飞机性能的提高