CN102863895A - 一种耐高温隔热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温隔热涂料及其制备方法，属于材料技术领域，用于航空飞行器中隔热防护，其原料组成按重量份计为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂25-35份，聚苯并咪唑10-20份，耐高温无机非金属化合物5-10份，耐高温填料20-30份，固化剂1-3份，溶剂5-27份。本发明制得的涂料耐高温、热导率低，保证了高温条件下结构材料的强度和刚度，抗冲击能力强，并且该涂料的密度较小，粘结能力强，综合性能指标优异，能够满足航空、航天领域的苛刻要求。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种耐高温隔热涂料及其制备方法。
背景技术
飞行器能够安全和顺利完成任务的关键因素之一为飞行器的隔热问题，由于其在飞行过程中面临残酷的高温环境，表面的气动加热会使飞行器面临急剧的升温和热冲击，因此发展耐灼烧、隔热性能优异的涂层成为航空航天机构和专家关注的焦点。随着飞行器飞行速度越来越快，防热技术的进一步发展对热防护涂层提出了更高的要求，即要求密度低、有效烧蚀热高、热导率低及具有良好的材质均匀性。
目前，现有技术中虽然有众多的涂料问世，但是大多数都只是单一的性能指标达到了较高的水平，综合性能指标仍然难以满足航空、航天领域的苛刻要求。因此，发展低密度、耐高温、热导率低、粘结性好的热防护涂层，具有重要的现实意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种耐高温隔热涂料，用于航空航天器件、电热元件的涂覆。采用本发明所述的涂料可起到有效的防热隔热作用，能有效保护高温条件下结构材料的强度和刚度，并且漆膜的密度较小，抗冲击能力强。
本发明所述的一种耐高温隔热涂料，按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂25-35份，聚苯并咪唑10-20份，耐高温无机非金属化合物5-10份，耐高温填料20-30份，固化剂1-3份，溶剂5-27份。
本发明采用添加了纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂，由于太阳光的入射频率高于其中纳米粒子的振动频率，引起振动粒子的高反射，从而纳米粒子可对太阳光的红外波波段能量起到反射阻隔的作用。本发明选用的纳米粒子为纳米二氧化钛或纳米二氧化硅或纳米三氧化二铝或其混合物，因为这几种纳米粒子具有好的隔热保温效果，并且密度较小，因此选用这几种纳米粒子可以使涂料耐高温、密度降低、热导率降低；发明人经过长期试验摸索发现当纳米粒子与环氧树脂改性有机硅树脂重量之比为1：9-1：6时，制得的涂料的耐高温隔热效果最好，而且涂料的热导率降低。本发明所述的环氧树脂改性有机硅树脂通过购买得到，为FJN-9803环氧改性有机硅树脂或环氧改性有机硅树脂SH-023。
所述的添加了纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂采用本领域技术人员常用的制备方法制备，即将纳米粒子和环氧树脂改性有机硅树脂按照比例加入搅拌釜中以800转/分钟的转速搅拌2-4小时制得。
本发明中采用的聚苯并咪唑具有瞬间耐高温的性能、耐火焰和自灭性，在本发明中作为耐烧灼材料使用，使得制得的涂料具有耐灼烧的特性。
耐高温无机非金属化合物的加入可以提高涂料的耐高温性能。本发明选用的耐高温无机非金属化合物为碳化硼、碳化硅、氮化硼、氮化硅、磷化硼、磷化硅中的任意一种或两种以上的组合，这些耐高温无机非金属化合物具有导热系数小，绝缘性能好并且重量较轻的优点。
耐高温填料可提高涂料的耐高温性能，本发明选用的耐高温填料为空心陶瓷微珠、云母微粉、粉煤灰、空心玻璃微球、膨胀珍珠岩中的任意一种或两种以上的组合。
固化剂为氨基多面齐聚硅倍半氧烷，该固化剂可显著提高涂料的耐磨力和附着力性能。
溶剂为甲苯、二甲苯中的任意一种或两种以上的组合。
通过发明人多次试验发现，按重量份计，当原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂28-32份，聚苯并咪唑13-17份，耐高温无机非金属化合物6-8份，耐高温填料23-28份，固化剂1.5-2.5份，溶剂10-20份时，制得的涂料的效果更佳。
本发明所述的耐高温隔热涂料的制备方法，具体步骤包括：
（1）将除溶剂外的其他原料按比例加入到反应釜中，以550-650r/min的速度搅拌100-150min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入溶剂调配均匀即得涂料。
为了保证涂料有较好的分散性，过筛后的原料数不小于65目。
综上所述，本发明通过多种原料共同作用，使最终制得的涂料耐高温、热导率低，从而保证了高温条件下结构材料的强度和刚度，抗冲击能力强，并且该涂料的密度较小，粘结能力强，综合性能指标优异，能够满足航空、航天领域的苛刻要求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，以下通过具体的实施例进一步作详细描述。
实施例1
一种耐高温隔热涂料，按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂25份，聚苯并咪唑20份，碳化硼8份，空心陶瓷微珠30份，氨基多面齐聚硅倍半氧烷1.5份，甲苯27份。
所述的纳米粒子为纳米二氧化钛，其与环氧树脂改性有机硅树脂的重量比为1：9。环氧树脂改性有机硅树脂为FJN-9803环氧改性有机硅树脂。
所述涂料的具体步骤包括：
（1）将除甲苯外的其他原料按比例加入到反应釜中，以650r/min的速度搅拌125min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过65目筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入甲苯调配均匀即得涂料。
实施例2
一种耐高温隔热涂料，按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂35份，聚苯并咪唑15份，碳化硅5份，云母微粉20份，氨基多面齐聚硅倍半氧烷1份，甲苯5份。
所述的纳米粒子为纳米二氧化硅，其与环氧树脂改性有机硅树脂的重量比为1：6。环氧树脂改性有机硅树脂为环氧改性有机硅树脂SH-023。
所述涂料的具体步骤包括：
（1）将除甲苯外的其他原料按比例加入到反应釜中，以550r/min的速度搅拌100min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过68目筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入甲苯调配均匀即得涂料。
实施例3
一种耐高温隔热涂料，按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂30份，聚苯并咪唑10份，氮化硼7份，粉煤灰28份，氨基多面齐聚硅倍半氧烷2份，溶剂10份。
所述的纳米粒子为纳米三氧化二铝，与环氧树脂改性有机硅树脂的重量比为1：9。环氧树脂改性有机硅树脂为FJN-9803环氧改性有机硅树脂。
所述的溶剂为甲苯和二甲苯的混合溶剂，两者的质量比为1:1。
所述涂料的具体步骤包括：
（1）将除溶剂外的其他原料按比例加入到反应釜中，以600r/min的速度搅拌150min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过70目筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入溶剂调配均匀即得涂料。
实施例4
一种耐高温隔热涂料，按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂28份，聚苯并咪唑17份，氮化硅10份，空心玻璃微球23份，氨基多面齐聚硅倍半氧烷2.5份，二甲苯20份。
所述的纳米粒子为纳米二氧化钛和纳米二氧化硅的混合物，与环氧树脂改性有机硅树脂的重量比为1：7。环氧树脂改性有机硅树脂为环氧改性有机硅树脂SH-023。
所述涂料的具体步骤包括：
（1）将除二甲苯外的其他原料按比例加入到反应釜中，以625r/min的速度搅拌110min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过75目筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入二甲苯调配均匀即得涂料。
实施例5
一种耐高温隔热涂料，按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂32份，聚苯并咪唑13份，磷化硼6份，膨胀珍珠岩25份，氨基多面齐聚硅倍半氧烷3份，二甲苯16份。
所述的纳米粒子为纳米二氧化钛和纳米三氧化二铝的混合物，与环氧树脂改性有机硅树脂的重量比为1：7。环氧树脂改性有机硅树脂为FJN-9803环氧改性有机硅树脂。
所述涂料的具体步骤包括：
（1）将除二甲苯外的其他原料按比例加入到反应釜中，以575r/min的速度搅拌130min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过72目筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入二甲苯调配均匀即得涂料。
实施例6
一种耐高温隔热涂料，按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂27份，聚苯并咪唑13份，磷化硅6份，膨胀珍珠岩22份，氨基多面齐聚硅倍半氧烷3份，二甲苯16份。
所述的纳米粒子为纳米二氧化钛和纳米三氧化二铝的混合物，与环氧树脂改性有机硅树脂的重量比为1：8。环氧树脂改性有机硅树脂为环氧改性有机硅树脂SH-023。
所述涂料的具体步骤包括：
（1）将除二甲苯外的其他原料按比例加入到反应釜中，以555r/min的速度搅拌150min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过65目筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入二甲苯调配均匀即得涂料。
表1为实施例1-6制得的涂料的性能测试结果。
表1 耐高温隔热涂料的性能测试
注：﹡t1是指铝试片防热涂层厚度在0.7mm~0.8mm之间，静态550℃加热条件下，加热时间60s时的试片背温。
由表1可以看出，本发明制得的涂料耐高温、热导率低，密度较小，粘结能力强，综合性能指标优异，能够满足航空、航天领域的苛刻要求。
Claims (10)
1.一种耐高温隔热涂料，其特征在于：按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂25-35份，聚苯并咪唑10-20份，耐高温无机非金属化合物5-10份，耐高温填料20-30份，固化剂1-3份，溶剂5-27份。
2.根据权利要求1所述的耐高温隔热涂料，其特征在于：按重量份计，其原料组成为：添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂28-32份，聚苯并咪唑13-17份，耐高温无机非金属化合物6-8份，耐高温填料23-28份，固化剂1.5-2.5份，溶剂10-20份。
3.根据权利要求1所述的耐高温隔热涂料，其特征在于：所述的纳米粒子为纳米二氧化钛或纳米二氧化硅或纳米三氧化二铝或其混合物。
4.根据权利要求1所述的耐高温隔热涂料，其特征在于：所述的添加纳米粒子的环氧树脂改性有机硅树脂中，纳米粒子和环氧树脂改性有机硅树脂的重量比为1：6-1：9。
5.根据权利要求1所述的耐高温隔热涂料，其特征在于：所述的耐高温无机非金属化合物为碳化硼、碳化硅、氮化硼、氮化硅、磷化硼、磷化硅中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的耐高温隔热涂料，其特征在于：所述的耐高温填料为空心陶瓷微珠、云母微粉、粉煤灰、空心玻璃微球、膨胀珍珠岩中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的耐高温隔热涂料，其特征在于：所述的固化剂为氨基多面齐聚硅倍半氧烷。
8.根据权利要求1所述的耐高温隔热涂料，其特征在于：所述的溶剂为甲苯或二甲苯或其混合物。
9.制备如权利要求1所述的耐高温隔热涂料的方法，其特征在于：具体步骤包括：
（1）将除溶剂外的其他原料按比例加入到反应釜中，以550-650r/min的速度搅拌100-150min；
（2）将上述混合均匀的的原料进行研磨，过筛；
（3）将过筛后的原料中按比例加入溶剂调配均匀即得涂料。
10.根据权利要求9所述的耐高温隔热涂料的制备方法，其特征在于：过筛后的原料目数不小于65目。
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