CN106398433B - 一种用于汽车隔热的柔性导热涂料 - Google Patents

一种用于汽车隔热的柔性导热涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车隔热的柔性导热涂料，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂34‑39份，膨胀石墨7‑9份，导热纤维丝12‑15份，云母粉6‑8份，过渡金属复合氧化物粉末5‑7份，醋酸丁酯9‑11份，气相二氧化硅0.5‑1份，二丙酮醇12‑17份，分散剂1‑1.5份和流平剂0.5‑1份。本发明的柔性导热涂料具有优秀的导热吸热性能，稳定性好，附着力强，可喷涂于柔性基材上并可随基材弯曲折叠，将本涂料用于隔热遮阳垫时，优秀的吸热能力可以快速使目标降温并散热，进而达到了降温保温的效果，明显提高了隔热遮阳垫的隔热能力。

Description

一种用于汽车隔热的柔性导热涂料
技术领域
本发明涉及隔热导热材料领域，特别涉及一种用于汽车隔热的柔性导热涂料。
背景技术
汽车作为人们户外活动工具，受到外界强光照射的几率非常高，时间特别长，特别是随着炎热夏季的来临，许多人的车停在露天停车场上，经过暴晒，当人们再次回到车内时，车内温度奇高，人根本无法忍受，经过现场测验，在四川省成都市某晴朗的一天，当外界气温为32℃时，将无遮阳垫的汽车停在露天停车场1小时后，用温度计测量汽车内温度，测验结果为，车内驾驶室温度达到65℃，比外界气温高出33℃，在此温度下，人们只能先打开车内空调一段时间后才能进入车内，这不仅仅耗时耗能源，还会突发意外情况，造成眩晕呕吐甚至晕倒、汽车自燃等危害，同时，经测验，汽车金属车身部分的温度可达到75℃以上，极易造成烫伤。
因此，近几年人们开发出了各种类型的产品来用于汽车降温，主要以遮阳篷、玻璃隔热贴膜和隔热遮阳垫为主流产品，由于隔热遮阳垫携带和使用方便，价格较低，隔热效果好，一直备受人们喜爱。据某著名隔热遮阳垫生产企业声称，使用隔热遮阳垫后，汽车内外的温度相差在12℃以内，一般在6-7℃之间，即当室外温度为32℃时，遮盖有隔热遮阳垫的汽车车内温度一般在38℃左右，最高不会超过44℃，具有优秀的隔热效果。
但是，现有使用的汽车隔热遮阳垫仍然存在着不完善之处，也即是说，现有隔热遮阳垫是通过遮挡阳光来实现隔热，往往忽略了车身本身的吸热，即使车内温度与外界气温相差6℃，金属车身的温度则至少相差13℃以上，特别是黑色漆车身，其温度可达到相差20℃，仍然会有发生烫伤的可能性，其隔热效果还有待提高。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于汽车隔热遮阳垫的柔性导热涂料，该涂料一方面具有良好的综合性能，弯折后不易脱落，经久耐用，另一方面具有优秀的吸热放热性能，能快速吸收车身的热量，并将该热量迅速分散，达到车身降温的目的。
本发明采用的技术方案如下：一种用于汽车隔热的柔性导热涂料，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂34-39份，膨胀石墨7-9份，导热纤维丝12-15份，云母粉6-8份，过渡金属复合氧化物粉末5-7份，醋酸丁酯9-11份，气相二氧化硅0.5-1份，二丙酮醇12-17份，分散剂1-1.5份和流平剂0.5-1份。
进一步，为了使涂料的导热性能达到最佳，导热纤维丝由金属纤维丝与碳纤维丝按质量比为4:1组成，其中金属纤维丝为黄铜纤维、不锈钢纤维、碳钢纤维、铝纤维和铝合金纤维其中的一种或几种。
作为优选，金属纤维丝为细长金属纤维丝，其单丝直径为40-80μm，长径比为40-60:1，碳纤维丝为细短碳纤维丝，其单丝直径为10-15μm，长径比为2-3:1。
进一步，过渡金属复合氧化物为FeMnCuO2、FeMnCuO3、FeMnCuO4、FeMnCuO5和FeCuO5其中的一种或几种。
进一步，柔性导热涂料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将有机硅改性丙烯酸树脂和分散剂加入反应器内，然后用搅拌机以800r/min的转速对混合组分进行搅拌直至分散均匀，得到基料；
步骤2、向步骤1得到的基料中依次加入碳纤维丝、膨胀石墨、云母粉、气相二氧化硅、过渡金属复合氧化物粉末，然后加入醋酸丁酯和二丙酮醇，用搅拌机对混合料进行充分搅拌，搅拌速度为1000r/min，直至分散均匀，得到初始涂料；
步骤3、将金属纤维丝和流平剂加入步骤3的初始涂料中，用分散机分散均匀后得到未固化的涂料，将未固化的涂料泵入空气喷枪的储料罐中，然后用空气喷枪喷涂在处理过的基材表面，静置至涂层流平后，放入高温烘箱于140℃下真空烘烤固化成膜，然后再保温10min，随炉冷却至室温后即得。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、以有机硅改性丙烯酸树脂作为基料，使涂料具有了优秀综合性能，使基料具有了良好的导热、柔性和稳定性，为涂料提供了扎实的物理和化学性能基础；
2、长短纤维丝的综合使用，克服了单一规格的纤维丝易出现搭接盲区和分散不均的问题，解决了网络状纤维形成难和网络状纤维易断点、不连续的技术难点，同时，形成的三维网格状纤维丝还有助于涂料柔韧性的增加，使涂料在受到拉伸、压缩、热胀冷缩时，不易出现龟裂、褶皱、裂纹等缺陷，压缩形变率极低，固化后的基料不易脱落，稳定性增强；
3、膨胀石墨的加入，可在涂料中形成导热块，用以形成“导热中转站”，一方面用以巩固导热网络的连续性，增强导热网络的抗破坏能力，另一方面可将导热网络中零散的热量汇集后及时排出，增强了涂料的散热能力；
4、过渡金属复合氧化物粉末作为吸热材料加入，可在涂料内形成若干个具有吸收泵功能的吸热源，能将周围的热量大量吸入，然后通过导热纤维丝将热量输送于涂层各处，使涂层内外不会形成局部热量集中现象，涂层受热均匀，吸热能力提高，进而使得涂层稳定性更好，同时当涂料形成的涂层与车身接触时，涂层表面分布的过渡金属复合氧化物粉末颗粒，能够大量吸收车身的热量，车身与涂层的发生快速热交换，能够在较短时间内快速降低车身的温度；
5、膨胀石墨、过渡金属复合氧化物、金属纤维丝和碳纤维共同形成三维导热网络，细长的金属纤维丝搭接成基础网架，一部分细短碳纤维丝接通断点的基础网架，另一部分细短碳纤维丝与膨胀石墨和过渡金属复合氧化物颗粒搭接，并通过膨胀石墨和过渡金属复合氧化物粉末颗粒间接接通基础网架，整体上基础网架不存在断点，形成了连续不间断地牢固地三维导热网络，涂料的吸热散热功能得到有效保障；
6、将本发明的柔性导热涂料用于汽车隔热时，将柔性导热涂料涂覆于隔热遮阳垫上，与车身接触并持续一定时间后，车身的温度与外界气温相差在9℃以内，车内的温度与外界气温相差在6℃以内，明显提高了隔热遮阳垫的隔热效果。
附图说明
图1是对比例一制得的试样结构组织示意图；
图2是对比例二制得的试样结构组织示意图；
图3是对比例三制得的试样结构组织示意图；
图4是本发明的柔性导热涂料形成涂层后的结构组织示意图；
图5是图4结构中的部分结构局部放大示意图。
图中标记：1为金属纤维丝，2为碳纤维丝，3为膨胀石墨，4为过渡金属复合氧化物粉末。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
一种柔性导热涂料，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂34份，膨胀石墨7份，导热纤维丝12份，云母粉6份，醋酸丁酯9份，气相二氧化硅0.5份，二丙酮醇12份，分散剂1份和流平剂0.5份，过渡金属复合氧化物粉末5份。
上述配方中，有机硅改性丙烯酸树脂由乙烯基有机硅氧烷单体与丙烯酸酯类单体共聚而成，具有优秀的耐高温、耐候性、良好的柔柔性以及强的附着力等性能，用此作为柔性导热涂料的基料，可使基料具有良好的导热、柔性和稳定性，在本实施例中，选用含有羟基的有机硅丙烯酸树脂，固含50%，硅含40%。
膨胀石墨，作为导热补强填料，由于其具有优良的导热性和柔软性，在本实施例中主要用来作为导热块，用以形成导热“中转站”，使柔性导热涂料内的热量能够迅速排出，增强柔性导热涂料的散热性能。优选地，膨胀石墨选用小颗粒膨胀石墨，目数在325目以上，400目以下为宜。
导热纤维丝，导热纤维丝包含金属纤维丝和碳纤维丝，金属纤维丝与碳纤维丝的质量比为4:1，两种不同种类的导热纤维丝共混后，不仅会提高纤维丝的均匀分布，还会进一步形成三维状的网络导热通路，如图4和图5所示，以细长金属纤维丝1为主通道，以碳纤维丝2为支流和搭接桥梁，在涂料内可形成连续不间断的网络状“导热路线”，涂料在受到加热时，热量可通过涂料内网格状的导热纤维丝分散于涂料各处，热量被分散后与涂料周围物体发生热交换，进而达到散热目的，长短纤维丝的综合使用，克服了单一规格的纤维丝易出现搭接盲区和分散不均的问题，解决了网络状纤维形成难和网络状纤维易断点、不连续的技术难点，同时，形成的三维网格状纤维丝还有助于涂料柔韧性的增加，使涂料在受到拉伸、压缩、热胀冷缩时，不易出现龟裂、褶皱、裂纹等缺陷，压缩形变率极低，固化后的基料不易脱落，稳定性增强。
在本实施例中，金属纤维丝1可以为黄铜纤维、不锈钢纤维、碳钢纤维、铝纤维和铝合金纤维其中的一种或几种混合，优选为导热性能较佳的黄铜纤维，更具体地，黄铜纤维单丝直径应在40-80μm之间，以50-60μm为主要单丝直径，长径比为40-60:1，以确保黄铜纤维丝具备足够好的导热、韧性等性能。碳纤维丝2为细短沥青碳纤维丝，其单丝直径为10-15μm，长径比为2-3:1，以确保碳纤维丝能够在黄铜纤维丝之间形成良好的搭接桥梁。
云母粉能够在表面张力的作用下在涂料内形成基本平行的取向排列，阻隔腐蚀性物质例如水、机油等对形成的柔性导热层的渗透，提高涂层的耐腐蚀性，同时云母粉还可以承受拉应力，增加涂层的附着力，提高涂层热辐射及机械性能，云母粉的加入，还能与导热纤维发生协同作用，减小导热纤维所受的应力，降低导热纤维发生脱落的趋势，在本实施例中，优选用绢云母粉，以使云母粉发挥出最佳作用。
醋酸丁酯和二丙酮醇在本实施例中作为溶剂，能够保证涂层干燥时的成膜效果，相比于单一溶剂，两种溶解参数相近和沸点相近的溶剂共混可以达到优势互补的效果，克服单一溶剂所固有的缺点，使涂料的成膜效果更易得到保障，成功率高。
气相二氧化硅在本实施例中作为防沉剂，蓬松粉末状、多孔的气相二氧化硅可有效提高涂料内填料的悬浮性，阻止分层现象的发生，使涂料保持良好的稳定性。
分散剂用于减少搅拌分散过程中所用的时间，使混合料能尽快分散均匀，在本实施例中选用BYK-ATU分散剂，流平剂用于避免成膜出现缩孔等现象，是一种聚丙烯酸酯溶液，选用BYK-355流平剂。
过渡金属复合氧化物粉末4在本实施例中作为吸热材料，其吸收比可达到0.91，发射比可达到0.4，具有很强的吸热性能，过渡金属复合氧化物粉末4均匀分散后，在涂料内形成若干个吸热源，每个吸热源类似于“吸热泵”，将周围的热量大量吸入，然后通过导热纤维丝将热量输送于涂层各处，使涂层内外不会形成局部热量集中现象，涂层受热均匀，吸热能力提高，进而使得涂层稳定性更好。如图4和图5所示，膨胀石墨3、过渡金属复合氧化物粉末4、金属纤维丝1和碳纤维2共同形成三维导热网络，在二维图示中，细长的金属纤维丝1搭接成基础网架，由于细长金属纤维丝1之间存在较多搭接盲区，基础网架为拥有较多断点的基础网架，基础网架的搭接盲区处均匀分散有若干相互搭接的细短碳纤维丝2，一部分细短碳纤维丝2接通断点的基础网架，基础网架的大部分断点被接通，另一部分细短碳纤维丝2与膨胀石墨3和过渡金属复合氧化物粉末4搭接，并通过膨胀石墨3和过渡金属复合氧化物粉末4间接接通基础网架，整体上形成了连续不间断地三维导热网络。
更进一步说，过渡金属复合氧化物可以为FeMnCuO2、FeMnCuO3、FeMnCuO4、FeMnCuO5和FeCuO5其中的一种或几种共混，优选为FeCuO5。
上述柔性导热涂料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将有机硅改性丙烯酸树脂和BYK-ATU分散剂加入反应器内，然后用搅拌机以800r/min的转速对混合组分进行搅拌直至分散均匀，得到基料；
步骤2、向步骤1得到的基料中依次加入沥青碳纤维丝、小颗粒膨胀石墨、绢云母粉、气相二氧化硅、FeCuO5粉末，然后加入醋酸丁酯和二丙酮醇，用搅拌机对混合料进行充分搅拌，搅拌速度为1000r/min，直至分散均匀，得到初始涂料；
步骤3、将黄铜纤维丝和BYK-355流平剂加入步骤2的初始涂料中，用分散机分散均匀后得到未固化的涂料，将未固化的涂料泵入空气喷枪的储料罐中，然后用空气喷枪喷涂在处理过的基材表面，静置至涂层流平后，放入高温烘箱于140℃下真空烘烤固化成膜，然后再保温10min，随炉冷却至室温后即得。
实施例二
实施例二与实施例一相同，其不同之处在于，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂38份，膨胀石墨8份，导热纤维丝14份，云母粉6份，过渡金属复合氧化物粉末6份，醋酸丁酯10份，气相二氧化硅0.7份，二丙酮醇15份，分散剂1.3份和流平剂0.7份。
实施例三
实施例三与实施例一和实施例二相同，其不同之处在于，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂36份，膨胀石墨7份，导热纤维丝13份，云母粉7份，过渡金属复合氧化物粉末6份，醋酸丁酯10份，气相二氧化硅0.5份，二丙酮醇12份，分散剂1.2份和流平剂0.6份。
实施例四
实施例四与实施例一、实施例二和实施例三相同，其不同之处在于，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂39份，膨胀石墨9份，导热纤维丝15份，云母粉8份，过渡金属复合氧化物粉末7份，醋酸丁酯11份，气相二氧化硅1份，二丙酮醇17份，分散剂1.5份和流平剂1份。
对比例一
对比例一的制备方法与实施例一相同，其不同之处在于，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂34份，氮化硅15份、氧化铝12份、云母粉6份，醋酸丁酯10份，气相二氧化硅1份，二丙酮醇15份，分散剂1份和流平剂0.5份。
对比例二
对比例二的制备方法与实施例一相同，其不同之处在于，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂34份，金属纤维丝15份、云母粉7份，醋酸丁酯9份，气相二氧化硅0.5份，二丙酮醇12份，分散剂1份和流平剂0.5份。
对比例三
对比例二的制备方法与实施例一相同，其不同之处在于，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂34份，氮化硅11份、氧化铝9份、金属纤维丝13份、云母粉8份，醋酸丁酯10份，气相二氧化硅0.5份，二丙酮醇17份，分散剂1.5份和流平剂1份。
将上述实施例和对比例所得到的涂层进行如下性能测试：
1、耐温性：热重分析仪
2、硬度：邵00硬度计
3、密度：密度天平
4、导热系数：按照ASTM D5470标准执行
5、附着力：按照ISO2409-2007划格法
测试结果如下：
注：附着力等级说明，0级代表优秀，1级代表可以满足工业要求，2级以后表示附着力很差。
如图1所示，在对比例一制得的试样中，由于只存在导热填料，其导热能力是间断的，热量的传输很依赖基料的传递，因此其导热速度较慢，散热较慢，导热能力差；如图2所示，在对比例二制得的试样中，由于只存在导热纤维，导热纤维在集体中仍然只能搭接成拥有大量断点的纤维网络，其导热速度较对比例一快，但由于其固有的缺陷，其导热能力依然较差；如图3所示，在在对比例三制得的试样中，导热纤维与导热填料共同存在，增强了涂层的导热能力，但是单一规格的导热纤维存在搭接盲区，导热填料填充搭接盲区能力有限，其形成的导热网络仍然存在较多断点，因此，其导热能力依然较差。
在图4和图5中，膨胀石墨3、过渡金属复合氧化物粉末4、金属纤维丝1和碳纤维2达到优势互补并共同形成三维导热网络，相互间的协同作用使涂层内的导热网络几乎不存在断点，进而可以连续不间断地传输热量。
将实施例一至实施例四的涂料涂覆于隔热遮阳垫上，固化干燥后，遮盖在汽车车身上，1小时后，用温度计测量车内、车身和周围气温的温度，测试结果为，车内的温度与外界气温相差在6℃以内，车身的温度与外界气温相差在9℃以内，明显地提高了隔热遮阳垫的隔热效果。
综上，本发明的柔性导热涂料具有优秀的导热性能，稳定性好，附着力强，可喷涂于柔性基材上并可随基材弯曲折叠，将本涂料用于隔热遮阳垫时，优秀的吸热能力可以快速使目标降温并散热，进而达到了降温保温的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于汽车隔热的柔性导热涂料，其特征在于，柔性导热涂料按重量份计由以下原料组成：有机硅改性丙烯酸树脂34-39份，膨胀石墨7-9份，导热纤维丝12-15份，云母粉6-8份，过渡金属复合氧化物粉末5-7份，醋酸丁酯9-11份，气相二氧化硅0.5-1份，二丙酮醇12-17份，分散剂1-1.5份和流平剂0.5-1份；导热纤维丝由金属纤维丝与碳纤维丝按质量比为4:1组成，其中金属纤维丝为黄铜纤维、不锈钢纤维、碳钢纤维、铝纤维和铝合金纤维其中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的用于汽车隔热的柔性导热涂料，其特征在于，金属纤维丝为细长金属纤维丝，其单丝直径为40-80μm，长径比为40-60:1，碳纤维丝为细短碳纤维丝，其单丝直径为10-15μm，长径比为2-3:1。
3.如权利要求1所述的用于汽车隔热的柔性导热涂料，其特征在于，过渡金属复合氧化物为FeMnCuO2、FeMnCuO3、FeMnCuO4、FeMnCuO5和FeCuO5其中的一种或几种。
4.如权利要求1-3之一所述的用于汽车隔热的柔性导热涂料，其特征在于，柔性导热涂料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将有机硅改性丙烯酸树脂和分散剂加入反应器内，然后用搅拌机以800r/min的转速对混合组分进行搅拌直至分散均匀，得到基料；
步骤2、向步骤1得到的基料中依次加入碳纤维丝、膨胀石墨、云母粉、气相二氧化硅、过渡金属复合氧化物粉末，然后加入醋酸丁酯和二丙酮醇，用搅拌机对混合料进行充分搅拌，搅拌速度为1000r/min，直至分散均匀，得到初始涂料；
步骤3、将金属纤维丝和流平剂加入步骤2的初始涂料中，用分散机分散均匀后得到未固化的涂料，将未固化的涂料泵入空气喷枪的储料罐中，然后用空气喷枪喷涂在处理过的基材表面，静置至涂层流平后，放入高温烘箱于140℃下真空烘烤固化成膜，然后再保温10min，随炉冷却至室温后即得。
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