【转载】耐高温隔热涂料的研制

admin · 发表于 2007-9-4 00:33:36

摘　要 : 根据耐高温隔热涂料的耐热和隔热原理 , 设计了耐高温隔热涂料的配比 , 确定了最佳的涂料配方。讨论了涂料所用原料的作用。

关键词 : 耐热性 ; 隔热性 ; 耐高温隔热涂料

1 　前　言

耐高温隔热涂料是一种特殊涂料 , 它不但应具有一般涂料的特性 , 而且还必须能耐高温且隔热。随着现代高新技术的发展 , 特别是高速飞行的航天飞行器 ( 如火箭、导弹 ) 的发展 , 对涂料的耐热性和隔热性提出越来越高的要求 , 因此 , 研制耐高温隔热涂料具有一定的现实意义。

涂料的耐热性不仅与有机高聚物基料有关 , 而且还与组成涂料的颜填料有关。耐热聚合物必须具备以下三个条件 : 第一 , 必须具有较好的物理稳定性 ( 即较高的玻璃化温度 Tg 和熔化温度 Tm ); 第二 , 必须具有高的热化学稳定温度 Td ; 第三 , 必须具有耐氧化性和耐臭氧化性。耐热聚合物树脂的耐热温度一般都低于 400 ℃ , 要获得耐较高温度的耐热涂料 , 必须加入耐热的无机填料 ( 如铝粉、云母、陶瓷粉等 ), 采用有机物和无机物相结合的方法来提高涂料的耐热温度。

涂料的隔热性是要求涂料在较高的温度条件下具有保护作用。作为隔热涂料的基料树脂 , 应是具有烧蚀作用的有机聚合物 , 其组分应具有吸热、散热和隔热能力。聚合物的烧蚀过程很复杂 , 刚开始加热时 , 聚合物开始吸收热量 , 由于聚合物的导热系数低 , 热量扩散速度很慢 , 随着热量的不断积聚 , 聚合物表面形成炭化层 , 可以将内部不稳定的聚合物与高温环境隔离起来 , 从而降低了底层材料的受热速度 , 同时炭化层还具有继续吸热作用 , 使聚合物形成一个逐级炭化的过程 , 最终起到有效的热屏蔽作用 , 保护了底层。在涂料中加入耐热隔热填料 ( 如空心玻璃粉 ) 和具有阻燃作用的三氧化二锑、氯化橡胶等 , 对涂料的隔热也起到一定作用。

2 　实验部分

2 . 1 　原材料

有机硅树脂 HG -2 ; 硅酮树脂 804 ; 丙烯酸改性有机硅树脂 ; 环氧树脂 F -644 ; 聚酰胺树脂 ; 高氯化聚乙烯 MHCPE ; 钛白粉 ; 云母粉 ; 空心玻璃粉 ; 石英粉 ; 铬铁黑 NB -I ; 助熔剂 ; 钛酸酯 ; 滑石粉 ; 溶剂。

2 . 2 　生产工艺

用丙烯酸改性有机硅树脂、硅酮树脂 804 和有机硅树脂 HG-2 作基料 , 加入钛白粉、空心玻璃粉等填料调成糊状 , 然后用砂磨机研磨 20 ～ 30 min 后 , 加入溶剂分散 , 过滤 , 即得成品涂料。

2 . 3 　涂料性能指标

研制的耐高温隔热涂料的性能指标见表 1 。

表 1 　研制的耐高温隔热涂料的性能指标

3 　结果与讨论

3 . 1 　配方设计

研制的耐高温隔热涂料的性能取决于基料树脂 , 选用丙烯酸改性有机硅树脂、硅酮树脂 804 和有机硅树脂 HG-2 作基料进行配方调配 , 见表 2 。

表 2 　耐高温隔热涂料的配方单位 / kg

　　表 2 中配方 1 、配方 2 和配方 3 耐高温隔热涂料的性能指标见表 3 。

表 3 　耐高温隔热涂料的性能指标

　　从表 3 可见 : 配方 2 和配方 3 优于配方 1 , 这是因为丙烯酸改性有机硅树脂的耐热温度低 , 致使涂料的耐热温度低于 350 ℃ ; 配方 2 中的硅酮树脂的耐热性优良 , 但树脂干燥固化时间长 , 漆膜较脆 , 耐冲击性差 ; 配方 3 中有机硅树脂 HG-2 具有优异的耐热性 , 同时配方里加入环氧树脂和聚酰胺树脂 , 使涂料的耐热性和隔热性都达到了设计要求。

3 . 2 　钛白粉的选择

在配方设计中选择钛白粉作颜料 , 是因为钛白粉具有很大的遮盖力和着色力 , 对大气中的氧、硫化氢、三氧化二硫、氨都比较稳定 , 同时还具有良好的耐热性。由于金红石型钛白粉的晶格比锐钛型致密、稳定 , 且不易粉化 , 因此在配方中选择金红石型钛白粉作颜料。

3 . 3 　空心玻璃粉和助熔剂的作用

耐高温隔热涂料所用的空心玻璃粉不仅具有较高的耐热性 , 而且具有优异的隔热性 , 它在助熔剂 ( 铅丹和硼砂 ) 的作用下 , 在 400 ～ 500 ℃ 熔化 , 与炭化后的树脂结合在一起形成了一层珐琅体 , 使有机涂层转化成无机涂层 , 与基材牢固结合在一起 , 从而提高了涂层的附着力。

3 . 4 　阻燃剂的作用

在配方中加入了高氯化聚乙烯树脂 , 在涂层受热后它分解成氯化氢气体 , 与三氧化二锑反应生成氯氧化锑 , 氯氧化锑再进一步氧化生成三氧化锑 , 覆盖在涂层表面起阻燃作用 , 使涂层的传热速率降低而隔热。

3 . 5 　环氧树脂与聚酰胺的作用

在配方中加入环氧树脂 , 对有机硅树脂进行改性 , 改性后树脂中的羟基与聚酰胺中的活泼氢发生交联 , 使涂料在常温下固化 , 从而改善涂层的其他性能。