摘要：以抗輻射與耐高溫隔熱相結(jié)合的設(shè)計(jì)構(gòu)思，研制了一種耐高溫隔熱涂料，所得熱控涂層在850℃/5min內(nèi)，隔熱溫度達(dá)到低于200℃，同時(shí)，涂層抗光熱輻射的半球發(fā)射率≥0.85。
關(guān)鍵詞：光熱輻射；熱傳導(dǎo)；高溫隔熱涂料
隔熱是針對(duì)熱能的傳導(dǎo)、輻射及對(duì)流等方式采取的隔絕措施，在一些高溫環(huán)境下以熱控涂層來(lái)控制熱量的傳遞，特別是用高溫隔熱涂料來(lái)進(jìn)行隔熱防護(hù)的研究較多，已使用的耐高溫隔熱涂料作為某些產(chǎn)品的保溫隔熱涂層，其耐熱溫度在一定的時(shí)間內(nèi)超過(guò)1000℃，同時(shí)具有良好的隔熱效果。同樣地，關(guān)于抗光熱輻射的特種涂料的研究也很多，分別針對(duì)不同的抗輻射需要，采用不同的抗輻射涂層，比如拋光反射層、化學(xué)轉(zhuǎn)化反射層、涂料反射層等。然而當(dāng)產(chǎn)品既需要高溫隔熱又要抗光熱輻射時(shí)，就要采用抗輻射與耐高溫隔熱相結(jié)合的設(shè)計(jì)構(gòu)思，將高溫隔熱涂層與抗光熱輻射層結(jié)合起來(lái)，使之能同時(shí)起到抗光熱輻射和耐高溫隔熱的作用。
涂料的成膜物質(zhì)通常選擇耐熱溫度高的有機(jī)或無(wú)機(jī)樹(shù)脂，根據(jù)保溫隔熱性能和抗輻射性能的要求選擇組合，并運(yùn)用不同的填（顏）料，達(dá)到保溫隔熱和抗輻射目的。
1·熱控涂層涂料的基本組成
1.1 樹(shù)脂、填（顏）料的選擇
選用有機(jī)硅改性的丙烯酸樹(shù)脂，其具備在850℃左右溫度條件下保持20h以上不改變其基本性能的特征，耐候性、保光性、耐高溫性優(yōu)良。
經(jīng)粒度、熱遷移及吸熱理論計(jì)算并結(jié)合樹(shù)脂相變、固化反應(yīng)體系分析后，確定選用中空陶瓷（玻璃）微珠、鈦白粉、云母粉等具有低導(dǎo)熱、高耐熱特點(diǎn)的填（顏）料組合。用環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)改善主體樹(shù)脂的工藝性，同時(shí)，以施工特點(diǎn)確定固化劑。
1.2 阻燃劑、稀釋劑的選用
為了保證涂料體系的有效性，選用阻燃劑是必要的，結(jié)合涂料體系分析，保溫隔熱涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)選擇了復(fù)合阻燃劑。稀釋劑用特配的專(zhuān)用稀釋劑。
1.3 基本配料組合
有機(jī)硅改性丙烯酸樹(shù)脂，57%；環(huán)氧樹(shù)脂，7%；中空陶瓷微珠，11%；鈦白粉，7%；石棉粉，4%；云母粉，3%；氣相二氧化硅，3%；其它功能組分，8%；阻燃劑、功能助劑，適量；組合固化劑。m（基料）∶m（固化劑）=10∶3。
2·熱控涂層的基本性能
熱控涂層的基本性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 涂料基本性能檢測(cè)結(jié)果
注：檢測(cè)樣基材選用1mm的鋼板，經(jīng)除油除銹處理后用噴涂或刷涂方法制備樣板（兩面及四周均涂覆涂料），固化后涂層厚度為0.05~0.1mm；用帶溫度顯示的馬弗爐或其它高溫設(shè)備（溫度范圍0~1000℃）作熱源，將固化好的樣板常溫時(shí)放入高溫設(shè)備中，啟動(dòng)設(shè)備升溫至900℃，保持15min后取出樣板，冷卻，目測(cè)涂層表面。要求涂層：不起泡、不翹起、不脫落。
3·熱控涂層的隔熱性能檢測(cè)
3.1 樣板的制備及處理
基材選用鋁鎂合金板，厚度為（1.2±0.15）mm，外形尺寸100mm×100mm，表面清洗除油、陽(yáng)極化處理。用噴涂或刷涂的方法將涂料均勻地涂覆在基材的一面，一次涂覆后需要表干后再進(jìn)行下次涂覆，最終使涂覆層厚度達(dá)到1.0mm以上，室溫施工，常溫固化24h以上或120℃下烘4h，使涂層完全固化。
3.2 檢測(cè)儀器
儀表：秒表、PT-100熱電阻、溫度數(shù)字顯示器（0~1000℃）。
加熱熱源：用帶溫度控制器的電阻爐（1000~3000Ｗ）作加熱熱源，爐口用隔熱材料改造成為上口尺寸：65mm×65mm、下口尺寸：130mm×130mm的加熱通道［通道高（65±5）mm］，下口緊貼電阻爐，上口用合金鋼板（70mm×70mm×1.5mm）覆蓋。
檢測(cè)方法：將PT-100熱電阻兩個(gè)探頭的測(cè)試端固定在樣板（或合金鋼板）檢測(cè)面的中心位置，另一端固定在轉(zhuǎn)接器上轉(zhuǎn)接到溫度數(shù)字顯示器上，用溫度控制器調(diào)節(jié)電阻爐內(nèi)溫度。
3.3 環(huán)境要求
環(huán)境溫度：（25±5）℃；測(cè)試環(huán)境不得有流動(dòng)空氣。
3.4 隔熱性的測(cè)定
（1）熱源標(biāo)定：?jiǎn)?dòng)電阻爐后，設(shè)定控制溫度，用合金鋼板來(lái)檢測(cè)爐口溫度，調(diào)控電阻爐溫度，使其保證合金鋼板的表面溫度在（850±10）℃內(nèi)（記作T0），保持5min以上。
（2）背溫（隔熱溫度T1）的測(cè)定：將檢測(cè)樣板涂有涂料層的一面面向熱源通道，同時(shí)平行推開(kāi)合金鋼板，最終使樣板完全蓋住電阻爐口，將PT-100熱電阻的檢測(cè)探頭置于其中心位置，用秒表記錄加熱時(shí)間，記錄5min時(shí)樣板的表面溫度T1。
（3）重復(fù)標(biāo)定熱源：重復(fù)上述（1）和（2）步驟，用合金鋼板取代樣板，檢測(cè)合金鋼板中心位置的溫度T2，T2值應(yīng)在T0范圍內(nèi)［不超過(guò)（850±10）℃］，否則應(yīng)重新標(biāo)定和檢測(cè)。
3.5 檢測(cè)結(jié)果
檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 隔熱溫度T1的檢測(cè)結(jié)果
4·熱控涂層的抗光熱輻射性能
抗光熱輻射性能的檢測(cè)指標(biāo)以半球發(fā)射率為參照，其半球發(fā)射率≥0.85（實(shí)際檢測(cè)值為0.9）。
5·結(jié)果討論
5.1 主要樹(shù)脂
樹(shù)脂作為成膜材料，其作用除了將功能材料與基材結(jié)合在一起外，本身需要有耐熱和反射光熱輻射的功能，采用有機(jī)硅改性的丙烯酸樹(shù)脂，旨在減少樹(shù)脂中的C—O結(jié)構(gòu)（如C—O—C、C=O、O—H等）等吸熱基團(tuán)，使其被Si—O結(jié)構(gòu)所代替，增強(qiáng)樹(shù)脂的耐熱性能和降低樹(shù)脂對(duì)太空光熱輻射的吸收，各種樹(shù)脂（以鈦白粉為填料）對(duì)太陽(yáng)熱的吸收率見(jiàn)表3。
表3 不同樹(shù)脂反射涂層的太陽(yáng)光熱吸收率
由表3可見(jiàn)：丙烯酸樹(shù)脂對(duì)太陽(yáng)光熱的吸收率僅為0.24，而用有機(jī)硅改性后則為0.19，有較好的抗光熱輻射能力。改性樹(shù)脂在850℃左右溫度條件下能保持20h以上不改變其基本性能，具有較好的耐候性、保光性、耐高溫性等特點(diǎn)。其對(duì)太陽(yáng)光熱輻射的反射率大于80%。
5.2 組合功能填料
熱控涂層的填料選擇了中空陶瓷（玻璃）微珠、鈦白粉、云母粉等具有低導(dǎo)熱、高耐熱特點(diǎn)的顏填料。中空陶瓷（玻璃）微珠在涂料固化后形成一道中空的球形屏障，就象一種“微型”的泡沫材料，而且是“閉孔氣泡”，加熱時(shí)熱量由表及里向涂層內(nèi)部傳導(dǎo)，閉孔“泡沫”形成的低熱傳導(dǎo)率氣體減緩了熱量的傳導(dǎo)速率，填料組合后實(shí)際檢測(cè)其導(dǎo)熱系數(shù)小于0.2W/（m·K），具有良好的保溫隔熱效果。中空陶瓷（玻璃）微珠以堆積密度低、耐高溫、強(qiáng)度高、收縮率低、耐酸堿腐蝕及隔熱、隔音、絕緣、吸水率低等特點(diǎn)，能明顯提高熱控涂層的保溫隔熱性、抗光熱輻射性能，以及涂層的機(jī)械性能。
6·結(jié)語(yǔ)
研制的耐高溫隔熱涂料，具有抗熱傳導(dǎo)和抗光熱輻射性能，以及良好的絕熱性能，應(yīng)用前景廣闊。
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