CN106634503A - 高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法 - Google Patents

高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，以Al粉和Sm2O3粉体为功能颜料，聚羧酸钠为分散剂，醋酸丁酯为稀释剂，采用涂料高速分散机分散上述原料，再加入聚氨酯(PU)粘合剂、绢云母、硅烷偶联剂和固化剂，充分搅拌分散后用适量稀释剂调节粘度至16～20s，过滤后即得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料；随后采用喷涂法将上述涂料涂覆于经预处理后的基板表面，经自然干燥3‑5h，再在50‑60℃下烘干24h后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂层。本发明具有较低的红外发射率和1.06μm近红外反射率，将其涂覆于战机、导弹、战舰、坦克及战车等装备表面，具备红外与激光兼容隐身效果及突出的耐润滑油性能。

Description

高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料 与涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，属于精细化工技术领域。
背景技术
近年来，随着红外热成像技术、激光探测与制导技术的快速发展，对战机、导弹等各类武器装备的战地生存及作战效能的发挥构成了极大的威胁。鉴于此，单一的红外或激光隐身材料已无法满足现代战争对各类武器装备多频谱兼容隐身的要求；另外，由于相关隐身材料技术涉及国家战略利益，因此，国内科技人员很难借鉴发达国家在这一领域的技术成果。可见，红外与激光兼容隐身材料的研究开发只能依靠国内研究人员的潜心研究，其中复合涂层材料具有制备工艺简单、使用方便、成本低、不受目标外形结构影响等突出优点，有望实现大规模工程化应用。
红外探测技术主要针对3～5μm及8～14μm两个大气红外窗口，其中8～14μm是红外热成像技术的常用工作波段。另外，激光制导武器的工作波长包括1.06μm、1.54μm及10.6μm，其中1.06μm是各种激光制导武器的主要工作波长。因此，本发明所涉及的红外与激光兼容隐身涂层主要针对8～14μm红外与1.06μm激光的兼容隐身；一般而言，红外隐身要求材料具有低吸收高反射特性(低发射率)，而激光隐身要求材料具有低反射高吸收特性；因此，1.06μm激光与8～14μm红外的兼容隐身实际就是要实现1.06μm特殊近红外光的低反射与8～14μm红外波段的低发射率。
Sm2O3作为一种稀土氧化物具有优越的光、电、磁性能，由于Sm3+的特殊能带结构，其对1.06μm特殊近红外光具有强吸收特性，可作为1.06μm激光吸收剂使用；Al粉具有较高的导电性，同时又比金、银、铜等金属便宜，因此通常被用作低红外发射率涂层的功能颜料；聚氨酯(PU)作为一种高分子化合物，由于具备较突出的力学与耐腐蚀性能而通常被用作有机-无机复合涂层的粘合剂。因此，以Al粉和Sm2O3为复合颜料，PU为粘合剂制备的树脂基复合涂层可在具备较低红外发射率的同时具备近红外光低反射性能，实现涂层低红外发射率与低近红外光反射率的兼容。
然而，在飞行器等目标上使用的涂层必须要具备良好的耐润滑油性能，因为各类飞行器在高速飞行过程中由于发动机的剧烈振动而不可避免的会使发动机内部润滑油向飞行器表面出现渗漏，从而对表面涂层的综合性能产生明显影响，甚至会使表面涂层的功能特性失效。因此，开展飞行器表面功能涂层的耐润滑油性能研究就显得尤为迫切；然而，目前有关近红外低反射与8～14μm低发射率兼容复合涂层的耐润滑油性能研究还未见报道；因此，开展此类特种功能涂层的耐润滑油性能研究对于提高红外与激光兼容隐身涂层材料的综合性能具有重要的现实意义。
润滑油对飞行器表面功能涂层综合性能的破坏主要是由于涂层中超过40％以上的填料高填充容积比导致的涂层致密度较低，填料与粘合剂、基板与粘合剂间的界面相容性较差、结合强度较低所引起的；然而，足够量的填料是确保涂层具有突出功能特性的前提；因此，在40％以上的填料高填充容积比前提下，通过采用一定的技术手段提高涂层的致密度，强化填料与粘合剂、基板与粘合剂间的界面相容性与结合强度是提高涂层耐润滑油性能的最佳途径。
硅烷偶联剂KH550在分子结构两端具有两种不同的反应基团，一端是Si(OC2H5)3，经水解后可转变为能够与无机材料表面发生吸附或化学键合的Si-OH，另一端是与树脂基体有较强亲和力的活性官能团氨基；因此，采用KH550改性树脂基涂层材料可明显提高涂层中树脂基体与填料、树脂基体与基板间的界面相容性与结合强度，从而大大提高涂层的耐润滑油性能和力学性能；绢云母属于一种具有层状结构的硅酸盐矿物材料，富有弹性，因此可增强涂层的柔韧性和耐冲击强度；同时，绢云母表面带有大量的活性羟基，因此可作为活性交联中心与聚氨酯胶粘剂中的异氰酸酯基发生反应，大大增强涂层的交联密度，从而提高涂层的致密度，增强涂层对润滑油腐蚀的抗性；另外，将表面带有大量羟基的绢云母引入涂层中可在一定程度上提高涂层表面的疏油性，这使润滑油不易在涂层表面粘附，同样对提升涂层的耐润滑油性能有较好的促进作用。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，为实现PU/Al-Sm2O3复合涂层的高耐润滑油性能，以绢云母和硅烷偶联剂KH550为复合改性剂来改性PU/Al-Sm2O3复合涂层的界面结构特征，目的在于提供一种高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，满足实际使用要求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤(1)将9-27g Al粉(固含量67wt％)、6-18g Sm2O3、0.24-1.2g分散剂和30ml稀释剂混合，用涂料高速分散机以1000r/min的速度分散30min，再加入28.2g粘合剂PU(固含量70wt％)、0.78-2.34g绢云母和0.6-1.2g硅烷偶联剂KH550，用涂料高速分散机以600r/min的速度分散30min，再加入20g固化剂(固含量70wt％)，用涂料高速分散机以600r/min的速度分散5-10min，细度达到50μm；再添加适量稀释剂调节粘度，用涂4杯测得粘度为16-20s，过滤后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料；
步骤(2)：以马口铁板、铝合金板、钛合金版(12cm×5cm，厚度为0.3-0.5mm)作为基板，对基板进行打磨、水洗、烘干、酒精擦拭、自然晾干等处理后备用，将计量好的涂料用喷枪喷涂于基板表面，喷枪压力为0.3-0.4MPa，喷枪气流与基板表面夹角为45°-60°，喷枪出口与基板表面距离为20-30cm，控制每块基板上涂料用量为0.6-0.9g(以使涂层固化后的厚度为40～60μm)，喷涂完毕后自然干燥3-5h，再在50-60℃下烘干24h后，即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂层。
作为上述技术方案的改进，所述分散剂为聚羧酸钠。
作为上述技术方案的改进，所述稀释剂为醋酸丁酯。
作为上述技术方案的改进，所述固化剂为聚醚多元醇。
优选地，本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，同时还具备突出的耐润滑油性能，制备的涂层硬度、附着力、耐冲击强度等力学性能优良；因此，本发明在隐身材料领域具有广阔的应用和发展前景，对我国各类装备作战效能的提升具有重要意义；
此外，本发明制备过程简单、产品成本低、使用方便，可用于战机、导弹、战舰、坦克及战车等各类装备表面，可使其具备红外与激光兼容隐身效果的同时具有突出的耐润滑油性能。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
(1)、本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，优异的硬度、附着力、耐冲击强度等力学性能，同时具备突出的耐润滑油性能；
(2)、本发明所制备的涂料可涂覆于织物、马口铁板、铝合金板、钛合金板等各种载体表面，使其获得红外与激光兼容隐身效果；
(3)、本发明制备工艺简单、施工方便、对目标增重小、使用成本低。
附图说明
图1为本发明所制备涂层经不同时间润滑油腐蚀后在8～14μm波段的红外发射率；
图2为本发明所制备涂层经不同时间润滑油腐蚀后在800～1200nm波段的近红外反射光谱。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
具体实施例1
如图1-2所示，本发明所述高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，具体操作如下：将9g Al粉(固含量67wt％)、18g Sm2O3、0.4g分散剂和30ml稀释剂混合，用涂料高速分散机在1000r/min下分散30min，再加入28.2g粘合剂PU(固含量70wt％)、1.38g绢云母和0.81g硅烷偶联剂KH550，在600r/min下分散30min，再加入20g固化剂(固含量70wt％)，在600r/min下分散5-10min，细度达到50μm；添加适量稀释剂调节粘度，用涂4杯测得粘度为16-20s，过滤后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料；
将计量好的涂料用喷枪喷涂于经处理后的基板表面，喷枪压力为0.3-0.4MPa，喷枪气流与基板表面夹角为45°-60°，喷枪出口与基板表面距离为20-30cm，控制每块基板上涂料用量为0.6-0.9g，喷涂完毕后自然干燥3-5h，再在50-60℃下烘干24h后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8-14μm低发射率兼容涂层，所得涂层经润滑油浸泡处理10天前后红外发射率分别为0.616和0.638，1.06μm波长处的反射率分别为35.3％和31.6％，硬度分别为3H和3H，附着力分别为1级和1级，耐冲击强度分别为50kg.cm和50kg.cm。
此工艺，使得本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，优异的硬度等力学性能，同时具备突出的耐润滑油性能；
此外，本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，同时还具备突出的耐润滑油性能，制备的涂层硬度、附着力、耐冲击强度等力学性能优良；因此，本发明在隐身材料领域具有广阔的应用和发展前景，对我国各类装备作战效能的提升具有重要意义。
具体实施例2
如图1-2所示，本发明所述高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，具体操作如下：将18g Al粉(固含量67wt％)、12g Sm2O3、0.8g分散剂和30ml稀释剂混合，用涂料高速分散机在1000r/min下分散30min，再加入28.2g粘合剂PU(固含量70wt％)、1.46g绢云母和0.9g硅烷偶联剂KH550，在600r/min下分散30min，再加入20g固化剂(固含量70wt％)，在600r/min下分散5-10min，细度达到50μm；添加适量稀释剂调节粘度，用涂4杯测得粘度为16-20s，过滤后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料；
将计量好的涂料用喷枪喷涂于经处理后的基板表面，喷枪压力为0.3-0.4MPa，喷枪气流与基板表面夹角为45°-60°，喷枪出口与基板表面距离为20-30cm，控制每块基板上涂料用量为0.6-0.9g，喷涂完毕后自然干燥3-5h，再在50-60℃下烘干24h后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂层。所得涂层经润滑油浸泡处理10天前后红外发射率分别为0.401和0.422，1.06μm波长处的反射率分别为65.4％和62.2％，硬度分别为3H和3H，附着力分别为1级和1级，耐冲击强度分别为50kg.cm和50kg.cm。
此工艺，本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，优异的附着力等力学性能，同时具备突出的耐润滑油性能；
此外，本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，同时还具备突出的耐润滑油性能，制备的涂层硬度、附着力、耐冲击强度等力学性能优良；因此，本发明在隐身材料领域具有广阔的应用和发展前景，对我国各类装备作战效能的提升具有重要意义。
具体实施例3
如图1-2所示，本发明所述高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，具体操作如下：将27g Al粉(固含量67wt％)、6g Sm2O3、1.2g分散剂和30ml稀释剂混合，用涂料高速分散机在1000r/min下分散30min，再加入28.2g粘合剂PU(固含量70wt％)、1.53g绢云母和0.99g硅烷偶联剂KH550，在600r/min下分散30min，再加入20g固化剂(固含量70wt％)，在600r/min下分散5-10min，细度达到50μm；添加适量稀释剂调节粘度，用涂4杯测得粘度为16-20s，过滤后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料；
将计量好的涂料用喷枪喷涂于经处理后的基板表面，喷枪压力为0.3-0.4MPa，喷枪气流与基板表面夹角为45°-60°，喷枪出口与基板表面距离为20-30cm，控制每块基板上涂料用量为0.6-0.9g。喷涂完毕后自然干燥3-5h，再在50-60℃下烘干24h后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂层，所得涂层经润滑油浸泡处理10天前后红外发射率分别为0.278和0.296，1.06μm波长处的反射率分别为68.5％和65.1％，硬度分别为3H和3H，附着力分别为1级和1级，耐冲击强度分别为50kg.cm和50kg.cm。
此工艺，本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，优异的耐冲击强度等力学性能，同时具备突出的耐润滑油性能；
此外，本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外与激光兼容隐身效果，同时还具备突出的耐润滑油性能，制备的涂层硬度、附着力、耐冲击强度等力学性能优良；因此，本发明在隐身材料领域具有广阔的应用和发展前景，对我国各类装备作战效能的提升具有重要意义。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
步骤(1)将9-27g Al粉(固含量67wt％)、6-18g Sm2O3、0.24-1.2g分散剂和30ml稀释剂混合，用涂料高速分散机以1000r/min的速度分散30min，再加入28.2g粘合剂PU(固含量70wt％)、0.78-2.34g绢云母和0.6-1.2g硅烷偶联剂KH550，用涂料高速分散机以600r/min的速度分散30min，再加入20g固化剂(固含量70wt％)，用涂料高速分散机以600r/min的速度分散5-10min，细度达到50μm；再添加适量稀释剂调节粘度，用涂4杯测得粘度为16-20s，过滤后即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料；
步骤(2)：以马口铁板、铝合金板、钛合金版(12cm×5cm，厚度为0.3-0.5mm)作为基板，对基板进行打磨、水洗、烘干、酒精擦拭、自然晾干等处理后备用，将计量好的涂料用喷枪喷涂于基板表面，喷枪压力为0.3-0.4MPa，喷枪气流与基板表面夹角为45°-60°，喷枪出口与基板表面距离为20-30cm，控制每块基板上涂料用量为0.6-0.9g(以使涂层固化后的厚度为40～60μm)，喷涂完毕后自然干燥3-5h，再在50-60℃下烘干24h后，即可得到高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂层。
2.根据权利要求1所述高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚羧酸钠。
3.根据权利要求1所述高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，其特征在于：所述稀释剂为醋酸丁酯。
4.根据权利要求1所述高耐润滑油性能近红外低反射与8～14μm低发射率兼容涂料与涂层的制备方法，其特征在于：所述固化剂为聚醚多元醇。
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