发明内容
本发明旨在提供一种具有良好的导热性的碳钢换热器用防腐蚀导热涂料及其制作方法。
为了达到上述目的,本发明通过如下技术方案实现:
一种碳钢换热器用防腐蚀导热涂料,按重量百分比计,其原料配方为:30%-40的主体树脂;40%-50%的填料;0.5%-1%的助剂;15%-25%的稀释剂;
所述的主体树脂为树脂A和树脂B的混合物,树脂A和树脂B的重量比为:60∶10~80∶10;所述的树脂A为SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;所述的树脂B为2130型号酚醛树脂产品;
所述的填料为氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的混合物,按填料各组分质量百分比计,氮化铝为40%-55%,玻璃粉为10%-15%,硫酸钡为15%-25%,钛白粉为10%-15%,三聚磷酸铝为15-20%;
助剂为BYK-180型号润湿分散剂;
所述的稀释剂为丁酯、二甲苯、和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物,按质量百分比计:二甲苯为10-50%,丁酯为30-50%,丙二醇甲醚醋酸酯为20-60%。
进一步地,按填料各组分质量百分比计,所述的氮化铝优选用量为45%-50%;氮化铝为粒径在10-30μm。
按填料各组分质量百分比计,所述的玻璃粉用量优选为12%-15%。
所述的换热器用防腐蚀导热涂料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将树脂A、稀释剂和助剂加入作业釜中,在转速为800RPM-1500RPM条件下分散;
(2)将氮化铝、玻璃粉、硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝加入作业釜中,在转速为800RPM-1500RPM条件下研磨50-80min;
(3)边分散边加入树脂B,继续分散4-10min;
(4)用400目-800目过滤网过滤出料。
步骤(1)分散的时间优选为2-5min。
所述研磨是指在作业釜中加入锆珠研磨,锆珠直径小于2mm;锆珠加入量为作业釜中物料总质量1-1.5倍。
相对于现有技术,本发明具有如下优点:
(1)本发明以有机硅改性树脂为基体,通过添加耐温、防腐及导热填料,制备出防腐蚀导热涂料。其中,填料为氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的混合物,按质量百分比计,氮化铝为40%-55%,玻璃粉为10%-15%,硫酸钡为15%-25%,钛白粉为10%-15%,三聚磷酸铝为15-20%;这些填料与基体之间形成良好的协同配合作用;在涂料形成的涂膜中,由于硅氧键的存在,使得涂膜在350℃以下均有较好的耐腐蚀耐温性能,当温度超过350℃时,涂膜中的有机成分被烧蚀掉,仅剩无机硅氧键及无机填料,其中无机填料的中低熔点玻璃粉会熔融成膜,达到二次成膜的效果,该种低熔点玻璃粉在320℃左右的时候软化,340-360℃左右的时候烧结成膜,保证了涂膜在高温情况下的耐腐蚀性能及耐温性能,本发明产品检测结果如下表1所示:
表1
表1中本发明产品检测的附着力≤1级,表示涂层的附着力较佳,可保证涂层的耐水耐酸性能较佳;耐冲击性能好可保证涂层的耐磨性能好;耐温性能好及耐溺水性能好,可使得涂层能工作在较高温度环境中;耐酸及耐碱性能可保证涂层的耐腐蚀性能;导热系数较大可保证涂层不影响换热器的换热性能。
(2)一般换热器用涂料较注重防腐,其导热系数较小,一般在1-2W/(m·k)左右,本发明所用填料包括具有高导热系数的氮化铝,在交联固化时,该填料能填充在树脂间隙中形成链状或网状的导热链,提高涂层的导热性,不影响甚至促进换热器的换热性能。经测试,本发明制备的导热涂层导热系数在1.907w/(m·k)以上,部分实施例导热系数高值可达到3.982W/(m·k),远远高于一般的有机聚合物或者塑料的0.2W/m-K,也高于已有报导1.25W/(m·k)。
(3)本发明所得的涂层的高温的二次盐雾性能达到96小时不生锈不掉漆。附着力、耐冲击性、耐温性能、耐水性能、耐酸性能、耐碱性能等综合性能优异。
具体实施方式
为进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明作详细的描述,但是需要说明的是,实施例并不构成对本发明要求保护范围的限定。
下面实施例换热器用防腐蚀导热涂料的测试方法如下:
将实施例配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm得到的涂膜性能检测下表2所示
表2
Hot Disk热传导分析仪的检测方法是一种基于瞬变平面热源法的检测方法。在此方法中,镍金属双螺旋传感器探头被置于两片样品中间进行测试。在测试过程中,电流通过镍探头时,产生一定的温度上升,产生的热量同时向探头两侧的样品进行扩散,热扩散的速度依赖于材料的热传导特性。通过记录温度与探头的反应时间,即可计算出材料的热传导系数λ。λ表示当温度垂直梯度为1℃/m时,单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量,它反应物质的热传导能力,λ值大的物体是优良的热导体,而λ值小的物体是热的不良导体。其理论公式推导如下:
当传感器探头被加热时,其阻值随时间的变化可表示为:
R(t)=R0(1+α(ΔTi+ΔTave(τ))) (1)
式中,各字母的含义如下:t代表时间,单位为s,τ的表达式见式(5);R0为t=0时,镍盘的阻值,单位是Ω;α是镍电阻的温度系数,表示电阻当温度改变1度时,电阻值的相对变化,单位为ppm/℃;ΔTi是护层两边的温度差,单位为K;ΔTave是与探头接触侧的试样温升,单位为K;则由(1)式可得:
这里ΔTi表示试样和探头之间的热接触度,当ΔTi=0时,表示试样与探头的完美接触。通常经过一个很短的时间之后,ΔTi变为一个常量,这段时间可表示为:
δ表示绝缘层的厚度,K是护层的热扩散系数,而ΔTave可以表示为:
P0是从探头输出的总功率,a是探头的半径,λ是被测材料的导热系数,D(τ)是无量纲时间函数,
t是测试时间,Θ是特征时间,
通过以上各式的运算得到ΔT
ave随D(τ)变化的曲线为一条直线,其截距为ΔT
i,斜率为
则根据斜率的值即可计算得到样品导热系数λ。
实施例1:
(1)将27g树脂A、6g二甲苯、8g丁酯、10g丙二醇甲醚醋酸酯和0.5g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将20g氮化铝、5g玻璃粉、7g硫酸钡、5g钛白粉和7g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入100g锆珠,在转速为1200RPM条件下研磨60min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入4.5g树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用400目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:1级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离
导热性能:1.973w/(m·k)
实施例2:
(1)将30g树脂A、5g二甲苯、5g丁酯、6g丙二醇甲醚醋酸酯和1g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将22g氮化铝、6g玻璃粉、7g硫酸钡、5g钛白粉和8g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入110g锆珠,在转速为800RPM条件下研磨80min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入5g树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用500目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:1级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,有轻微变色
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,无变色
导热性能:3.145w/(m·k)
实施例3:
(1)将34.4g树脂A、6g二甲苯、7g丁酯、6g丙二醇甲醚醋酸酯和0.5g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将18g氮化铝、5g玻璃粉、6g硫酸钡、5g钛白粉和6g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入120g锆珠,在转速为1000RPM条件下研磨70min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入5.6g树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用800目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:0级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,有轻微变色
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,无变色
导热性能:1.907w/(m·k)
实施例4:
(1)将26.6g树脂A、7g二甲苯、7g丁酯、5g丙二醇甲醚醋酸酯和0.6g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将23g氮化铝、6g玻璃粉、8g硫酸钡、5g钛白粉和8g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入1250g锆珠,在转速为1500RPM条件下研磨50min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入3.8g树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用600目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:1级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,有轻微变色
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,无变色
导热性能:1.912w/(m·k)
实施例5:
(1)将30.8g树脂A、3g二甲苯、7g丁酯、9g丙二醇甲醚醋酸酯和0.8g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将21g氮化铝、5g玻璃粉、7g硫酸钡、5g钛白粉和7g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入130g锆珠,在转速为1200RPM条件下研磨60min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入4.4g树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用400目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:0级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,有轻微变色
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,无变色
导热性能:2.238w/(m·k)
实施例6:
(1)将35g树脂A、4g二甲苯、7g丁酯、8g丙二醇甲醚醋酸酯和1g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将17g氮化铝、5g玻璃粉、6g硫酸钡、5g钛白粉和6g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入130g锆珠,在转速为1000RPM条件下研磨70min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入5g树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用800目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:0级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,有轻微变色
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,无变色
导热性能:1.186w/(m·k)
实施例7:
(1)将27g树脂A、2g二甲苯、8g丁酯、9g丙二醇甲醚醋酸酯和0.5g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将21g氮化铝、6g玻璃粉、8g硫酸钡、5g钛白粉和10g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入140g锆珠,在转速为1200RPM条件下研磨60min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入3.5树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用600目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:1级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱
导热性能:1.816w/(m·k)
实施例8:
(1)将35.5g树脂A、9g二甲苯、6g丁酯、4g丙二醇甲醚醋酸酯和0.5g助剂加入作业釜中,在转速为在转速为800RPM条件下分散2min;树脂A为湖北四海化工股份有限公司的SH-023-7型号有机硅改性环氧树脂产品;助剂为拜耳公司的BYK-180型号润湿分散剂;
(2)将17g氮化铝、5g玻璃粉、8g硫酸钡、4g钛白粉和6g三聚磷酸铝加入作业釜中,加入150g锆珠,在转速为9000RPM条件下研磨75min;氮化铝为淄博晶亿陶瓷科技有限公司生产的型号为PW的氮化铝粉末,粒径在1-15μm范围以内的市售产品,玻璃粉为泰州鑫海特种材料件厂生产的玻璃粉,其软化温度在320℃-340℃,烧结温度在360℃-380℃;硫酸钡、钛白粉和三聚磷酸铝均为通用市售产品;
(3)边分散边加入4g树脂B,继续研磨5min;树脂B为无锡光明化工有限公司生产的2130型号酚醛树脂产品;
(4)用500目过滤网过滤出料。
检测样板:A3钢板,喷砂处理。将上述配制油漆用稀释剂开稀至17-19S/20℃(涂4杯测),在适度为湿度为50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,流平1-3分钟后,在220℃烘箱烘烤20min,干膜厚度为25-40μm。
附着力:1级
耐冲击性:50cm·kg
耐温性能:300℃*200h,漆膜不开裂、不起泡、不脱落
耐水性能:48h,无发白、无起泡,结合力无异常
耐酸性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,有轻微变色
耐碱性能:0.1N,7h,无腐蚀、无剥离、无起皱,无变色
导热性能:2.912w/(m·k)
从上述实施例1-8来看,本发明制备的换热器用防腐蚀导热涂料,在施工粘度为17-19S/20℃(涂4杯测)湿度50-80%条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂,干膜厚度为45-60mm,经过220℃×20min烘烤过程以后,产品的涂膜性能不仅在防腐性能上满足要求,而且具有优异的导热性能。