CN106752644A

CN106752644A - 一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN106752644A
Application number: CN201611218886.2A
Authority: CN
Inventors: 黄健; 陈卫武; 詹国彬
Original assignee: Shanghai Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Shanghai Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明涉及一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料，该涂料由抗氧化剂、导热添加剂、粘结剂等组成。该涂料可用于固化毡表面的抗氧化，可通过人工涂刷或喷枪涂覆喷刷于固化毡表面。本发明操作简单，成本低，涂层干燥固化后与基体材料结合紧密，不易剥落，能有效降低固化毡在高温氧化后的掉渣问题。同时，与普通涂料相比，本涂层具有自愈合抗氧化的特点，可用于1600℃以下的高温有氧环境。

Description

一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及保温材料技术领域，具体来说涉及一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料及其制备方法。

背景技术

固化毡是以聚丙烯腈基炭毡或石墨毡为基体材料，经粘合、固化、定型、碳化、高温处理等工艺进行加工后获得。经上述加工处理后的固化毡具有良好的形状保持性、自支撑性、比重小、无短纤脱落、表面光洁度高、热导系数低，耐高温、抗热震性好(长期使用不开裂、不变形，是材料在承受急剧温度变化时，评价其抗破损能力的指标)、使用寿命长、便于安装拆换、使用温度可高达3000℃，是高温真空设备、非氧化气氛高温设备理想的新型隔热保温材料。固化毡适用于真空高压气淬炉、真空烧结炉、加压真空烧结炉、单晶硅炉、多晶硅炉、碳化硅晶体生长炉等各种炉型。

然而，在实际使用过程中，由于真空炉真空度不够以及气体腐蚀等因素影响，固化毡经长期使用后难免发生氧化掉毡，使其保温性能下降以至于不能正常使用，给生产造成影响。为防止固化毡受氧气等腐蚀性气体侵蚀，一般利用涂层技术来隔离固化毡与外界氧气接触，以避免二者接触发生氧化反应。

对于炭/石墨材料涂层的高温抗氧化性能，一方面需要考虑涂层与基体材料之间的界面结合强度；另一方面也要考虑高温条件下涂层挥发的影响。常用的涂层方法主要包括：包埋法、涂料涂刷法、喷涂法、气相沉积法等。相对于其它方法，涂料涂刷法和喷涂法具有以下共同优点：(1)工艺简单，直接涂刷或喷涂，易于操作；(2)不受产品尺寸和形状限制，可以方便地为不规则形状产品进行处理；(3)涂层与基材结合力好，剥离和脱落风险较低；(4)涂层厚度容易控制，从而容易降低成本；(5)不会破坏基材固化毡的保温性能。

现有技术中已有的固化毡涂料抗氧化掉毡性能都不理想，且固化毡的涂层在使用过程中由于氧化侵蚀或外力作用遭到破坏后不能够自愈合，从而使生产效率和成本不能进一步优化。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺陷，本发明的一个目的在于提供一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料，用于解决固化毡在使用过程中氧化掉毡，从而使保温性能劣化的问题；本发明的另一个目的在于提供一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料，所述涂料包括粉体组分和溶剂，其中所述粉体组分包括以下(重量)百分比的组分：抗氧化剂65％-90％、导热添加剂3％-15％、粘结剂7％-20％。

其中，所述抗氧化剂为SiC粉、B₄C粉、硅粉中的一种或多种，优选为SiC粉、B₄C粉和硅粉三种的混合物，各粉料粒径均≤5μm；所述导热添加剂为石墨粉、石墨烯粉中的一种或两种，从性能和成本综合考虑优选为石墨粉，粉料粒径≤5μm；所述粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂中的一种或两种，优选为酚醛树脂，所述粘结剂为固态粉末状，使用时通过溶剂充分溶解并与其它组分混合。

在一个优选实施方案中，所述粉体组分包括以下(重量)百分比的组分：抗氧化剂70％-88％、导热添加剂3％-13％、粘结剂9％-17％。

在一个优选实施方案中，所述粉体组分包括以下(重量)百分比的组分：抗氧化剂75％-85％、导热添加剂3％-12％、粘结剂10％-15％。

在一个优选实施方案中，所述粉体组分包括以下(重量)百分比的组分：抗氧化剂80％、导热添加剂7％、粘结剂13％。

在一个实施方案中，所述溶剂可以为乙醇、丙酮中的一种或两种，溶剂重量为粘结剂的例如3-8倍，以使粘结剂完全溶解于溶剂中。

本发明涂料中采用的抗氧化剂SiC、B₄C和硅粉具有耐高温、抗氧化、热膨胀系数与炭/石墨材料接近等特点，且添加上述抗氧化剂的本发明涂料形成的固化毡涂层在高温下具有一定的表面自愈合效果。在高温有氧环境下，SiC、B₄C可以氧化形成SiO₂和B₂O₃，不受理论的束缚，认为SiC和硅粉在涂层表面产生非常薄的、致密的并且牢固结合的SiO₂膜；而B₄C氧化形成的低熔点B₂O₃在基体固化毡中流动并填充到固化毡内部的孔隙中，并在基体和涂层表面形成一层致密的保护膜。上述物理和化学变化能够产生有益效果，使得堵塞外部氧气向基体内部扩散的通道，并能够修补涂层由于受例如氧化侵蚀和外力作用产生的诸如裂纹、细缝、破损等的表面缺陷。与现有技术的涂层相比，本发明涂料形成的涂层具有自愈合抗氧化的特点。

本发明还提供了上述固化毡表面自愈合抗氧化涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将抗氧化剂和导热添加剂放置于混合机中混合20-40min，充分混匀后将混合料取出待用；

(2)将粘结剂溶解于溶剂中并分散均匀，然后用搅拌机搅拌10-30min，制成粘结剂溶液；

(3)将混合料加到粘结剂溶液中，搅拌机继续搅拌20-40min，制成自愈合抗氧化涂料。

在一个实施方案中，步骤(1)中将抗氧化剂和导热添加剂放置于V型混合机中混合30min。

在一个实施方案中，步骤(2)中将粘结剂溶解于溶剂中并超声分散均匀后用搅拌机搅拌20min，转速控制在200-300r/min。

在一个实施方案中，步骤(3)中将混合料加到粘结剂溶液中，搅拌机继续搅拌30min。

本发明涂料所形成的涂层在高温下具有较好的抗氧化能力，可有效防止固化毡被氧化侵蚀后的掉渣问题，可满足1600℃以下的高温使用。

本发明涂料的组分简单，价格低廉且无环境污染；涂料的配制过程简单，容易操作；后期涂刷或喷涂工艺方便，直接涂刷或喷涂，易于操作，且工艺不受产品尺寸和形状规则限制。

附图说明

图1以示意图的方式显示了炭/石墨材料涂层高温抗氧化性能的主要影响因素。

图2显示了固化毡基体通过使用本发明固化毡表面自愈合抗氧化涂料所获得涂层的结构示意图。

图3为未使用本发明涂料的固化毡在800℃空气中氧化4h后的照片。

图4为使用本发明涂料的固化毡在800℃空气中氧化4h后的照片。

具体实施方式

下面通过附图并结合具体实施例来对本发明技术方案作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明技术方案，而不用来限制本发明的范围。

如图1所示，显示了对于炭/石墨材料涂层的高温抗氧化性能的主要影响因素。固化毡基体1上通过涂层技术施用涂层2，影响涂层2高温抗氧化性能的主要因素包括：(1)固化毡基体1和涂层2之间的界面结合强度；(2)固化毡基体1和涂层2之间的界面相容性；(3)固化毡基体1向涂层2的C的扩散；(4)外界对于涂层2的氧的侵入；(5)涂层2向外界的挥发。

如图2所示，显示了固化毡基体通过使用本发明固化毡表面自愈合抗氧化涂料所获得涂层的结构示意图。在固化毡基体1上通过涂料涂刷法或喷涂法施加本发明自愈合抗氧化涂料形成的涂层3。涂层3可通过以下实施例中的涂料组分和制备方法来获得。

实施例1

将SiC粉100g(粒径≤5μm)、B₄C粉30g(粒径≤3μm)，硅粉10g(粒径≤5μm)，石墨粉20g(粒径≤5μm)放置于V型混合机中混合0.5h，充分混匀后，将混合料取出待用。取20g酚醛树脂，溶解至100g乙醇中，超声分散均匀后用搅拌机搅拌20min，转速控制在200-300r/min，制成树脂溶液。再将混合料加到树脂溶液中，搅拌机继续搅拌30min，制成自愈合抗氧化涂料。

实施例2

将SiC粉100g(粒径≤5μm)、B₄C粉30g(粒径≤3μm)，硅粉10g(粒径≤5μm)，石墨烯粉5g(平均层数2-3层)放置于V型混合机中混合0.5h，充分混匀后，将混合料取出待用。取20g酚醛树脂，溶解至80g乙醇中，超声分散均匀后用搅拌机搅拌20min，转速控制在200-300r/min，形成树脂溶液。再将混合料加到树脂溶液中，搅拌机继续搅拌30min，制成自愈合抗氧化涂料。

实施例3

将SiC粉82g(粒径≤5μm)、B₄C粉40g(粒径≤3μm)，石墨粉22g(粒径≤5μm)放置于V型混合机中混合0.5h，充分混匀后，将混合料取出待用。取26g环氧树脂，溶解至80g丙酮中，超声分散均匀后用搅拌机搅拌20min，转速控制在200-300r/min，制成树脂溶液。再将混合料加到树脂溶液中，搅拌机继续搅拌30min，制成自愈合抗氧化涂料。

实施例4

将B₄C粉40g(粒径≤3μm)，硅粉122g(粒径≤5μm)，石墨烯粉5.4g(平均层数2-3层)放置于V型混合机中混合0.5h，充分混匀后，将混合料取出待用。取12.6g酚醛树脂，溶解至100g乙醇中，超声分散均匀后用搅拌机搅拌20min，转速控制在200-300r/min，制成树脂溶液。再将混合料加到树脂溶液中，搅拌机继续搅拌30min，制成自愈合抗氧化涂料。

实施例5

将SiC粉70g(粒径≤5μm)、B₄C粉40g(粒径≤3μm)，硅粉30g(粒径≤5μm)，石墨粉8g(粒径≤5μm)，石墨烯粉4.25g(平均层数2-3层)放置于V型混合机中混合0.5h，充分混匀后，将混合料取出待用。取22.75g酚醛树脂，溶解至80g乙醇和20g丙酮中，超声分散均匀后用搅拌机搅拌20min，转速控制在200-300r/min，制成树脂溶液。再将混合料加到树脂溶液中，搅拌机继续搅拌30min，制成自愈合抗氧化涂料。

为验证本发明涂料的使用效果，采用各实施例中制备的涂料，用手动喷枪均匀涂覆于固化毡表面，涂料自然晾干后，将经涂覆的固化毡置于真空炉中在高温下炭化脱脂，炭化脱脂后涂料在固化毡表面形成抗氧化涂层，厚度约0.5-0.8mm。然后对使用涂料以及未使用涂料的固化毡进行了氧化实验测试，测试条件如下：

将使用和未使用涂料的固化毡放置于马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至800℃，保温4h，自然降温至室温后称重，并根据下式计算固化毡的氧化失重率：

式中r为氧化失重率，％；m₁为氧化实验前试样的质量，单位g；m₂为氧化实验后试样的质量，单位g。测试结果见下表1：

表1氧化失重率对比结果

	氧化前试样质量(g)	氧化后试样质量(g)	失重率(％)
				无涂料固化毡	29.4251	15.2540	48.2
实施例1固化毡	30.5838	23.7565	22.3
				实施例2固化毡	30.2436	24.6279	18.6
实施例3固化毡	30.0087	22.7166	24.3
				实施例4固化毡	29.8544	21.9131	26.6
实施例5固化毡	30.3546	25.0425	17.5

从表1的氧化失重率对比结果来看，无涂料固化毡在800℃空气中氧化4h后的氧化失重率达到48.2％，而相同条件下使用实施例1-5涂料的固化毡的氧化失重率仅为17.5％-26.6％之间。

图3和图4分别为未使用和使用了本发明涂料的固化毡在800℃空气中氧化4h后的照片。可以看到未使用涂料的固化毡被空气严重氧化，并出现大量掉渣现象；而使用本发明涂料的固化毡形状保持完整，且表面已形成一层白色保护膜，没有出现明显掉渣现象。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种固化毡表面自愈合抗氧化涂料，所述涂料包括粉体组分和溶剂，其中所述粉体组分包括以下重量百分比的组分：抗氧化剂65％-90％、导热添加剂3％-15％、粘结剂7％-20％。

2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述抗氧化剂为SiC粉、B₄C粉、硅粉中的一种或多种；所述导热添加剂为石墨粉、石墨烯粉中的一种或两种；所述粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂中的一种或两种。

3.如权利要求2所述的涂料，其特征在于，所述抗氧化剂为SiC粉、B₄C粉和硅粉三种的混合物，各粉料粒径均≤5μm；所述导热添加剂为石墨粉，粉料粒径≤5μm；所述粘结剂为酚醛树脂。

4.如权利要求1-3中任一项所述的涂料，其特征在于，所述粉体组分·包括以下重量百分比的组分：抗氧化剂：70％-88％、导热添加剂3％-13％、粘结剂9％-17％。

5.如权利要求1-3中任一项所述的涂料，其特征在于，所述粉体组分包括以下重量百分比的组分：抗氧化剂：75％-85％、导热添加剂3％-12％、粘结剂10％-15％。

6.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述溶剂为乙醇、丙酮中的一种或两种，所述溶剂的重量为粘结剂的3-8倍。

7.如权利要求1-6中任一项所述的固化毡表面自愈合抗氧化涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将所述抗氧化剂和导热添加剂放置于混合机中混合20-40min，充分混匀后将混合料取出待用；

(2)将所述粘结剂溶解于溶剂中并分散均匀，然后用搅拌机搅拌10-30min，制成粘结剂溶液；

(3)将所述混合料加到所述粘结剂溶液中，搅拌机继续搅拌20-40min，制成自愈合抗氧化涂料。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

步骤(1)中将所述抗氧化剂和导热添加剂放置于V型混合机中混合30min；

步骤(2)中将所述粘结剂溶解于溶剂中并超声分散均匀后用搅拌机搅拌20min，转速控制在200-300r/min；

步骤(3)中将所述混合料加到所述粘结剂溶液中，搅拌机继续搅拌30min。