CN111171721A - 一种可瓷化耐烧蚀涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种可瓷化耐烧蚀涂层及其制备方法，通过对涂料的组成和配比进行优化后得到的，制备的涂料所形成的涂层结合强度高，能够经受1500℃以上的瞬时高温，同时具有更加优异的阻燃效果和力学强度。采用本发明制备的耐烧蚀涂层可具有低导热系数、低线烧蚀率、高力学性能和优异的工艺性等优势。本发明的制备方法简单，为工业上大规模制备耐烧蚀涂料提供了一条有效途径。该耐烧蚀涂层可室温固化，导热系数低于0.1W/(m·k)，线烧蚀率低于0.02mm/s，在飞行器表面热防护系统具有非常广阔的应用前景。

Description

一种可瓷化耐烧蚀涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种可瓷化耐烧蚀涂层及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国航空航天和武器装备的迅速发展，对热防护材料的性能提出更苛刻的要求。外热防护涂层不仅要能够承受高马赫数的飞行速度对其表面的强烈冲刷，还要求冲刷后的外形变化不大，表面保持平整，以保证飞行器良好的气动外形，从而实现远程精确制导的目的。在这样的工作环境下，对外热防护涂层的耐温性能与防热效率提出了极高要求，要求在保证良好的耐烧蚀和隔热性能的同时，达到进一步轻质化、低成本化的目标，以提高有效载荷比，降低使用成本。传统使用的玻璃/酚醛碳化型烧蚀材料已经不能满足飞行器热防护的性能要求，因此，开发能在1000℃乃至1500℃以上环境温度下使用的陶瓷基烧蚀材料显得尤为重要。
热防护材料即通常所称的耐烧蚀材料是一种用于航空航天领域的具有高耐热和高耐气流冲刷的热防护材料，其作用在于保护发动机在工作过程中机壳结构的完整性，使其能够在高温高压气流的冲刷下，不失强和不烧穿，以保证飞行器安全飞行。耐烧蚀隔热涂料作为一种特殊的功能涂料，它的作用机理是提高孔隙率，有效抑制并屏蔽红外线的辐射热和热量传导，抑制高温物体的热辐射和热量损失，提高能源利用率。耐高温隔热涂料一般分为有机耐高温涂料和无机耐高温涂料两类。按照作用机理的不同又可分为反射型隔热涂料、辐射型隔热涂料和阻隔型隔热涂料三类。
目前国内外广泛应用的是有机硅耐高温涂料。有机硅耐高温涂料是以有机硅树脂作为基料，配以各种耐高温填料制备而成。有机硅树脂具有优异的耐温性能，是耐高温有机胶粘剂发展的一个主要方向，有机硅树脂的种类和基本特性对涂料的耐高温性能有非常大的影响。除此之外，填料的选择和配方的优化也会影响涂料的耐高温隔热性能，如耐热隔热填料的加入对涂层的隔热大有益处。虽然聚硅氧烷的特殊结构使其具有优异的热稳定性、低表面张力、良好的柔韧性、透气性高和介电性优良等优点，但其缺点也很明显。例如，聚硅氧烷的固化温度偏高，固化过程缓慢，不便于大型设备的涂装和施工等问题，而且耐有机溶剂性和机械性能差，可瓷化程度低，而且有机硅树脂在高温下易发生分子内环化降解、侧基氧化脱除，这严重限制了有机硅树脂在更高温度下的耐温性能，尤其是空气氛下的耐温性能。安徽大学利用一系列低分子质量的二羟基聚二甲基硅氧烷齐聚物及1,3-二(3-羟丙基)四甲基二硅烷，制成了分子量可以控制的有机硅氧烷低聚物，使之与聚氨酯预聚物体共聚形成聚氨酯-有机硅嵌段共聚物，以提高涂层的附着力和耐候性。浙江工业大学采用有机硅氧烷原位接枝聚合改性丙烯酸树脂的方法提高了聚硅氧烷和丙烯酸树脂的相溶性，该改性树脂既保留了丙烯酸树脂优良的物理机械性能，又提高了耐热性、耐溶剂性和耐盐雾性。中国涂料研究院研制的系列防热涂层产品已应用到某些飞行器外部防热上，但是其隔热性较差，导热系数超过0.45W/(m·k)，固化收缩率大，涂层易开裂，无法满足高速飞行器的防热要求。中国发明专利201310698561.9公开了一种高弹性聚氨酯改性环氧有机硅耐烧蚀涂料，用烷氧基硅烷水解的有机硅中间体和环氧树脂缩聚成一种成碳率高的耐烧蚀性优异的羟基封端的环氧有机硅树脂，再用聚氨酯树脂增韧环氧有机硅树脂。虽然采用聚该氨酯增韧环氧有机硅树脂制成的涂层断裂伸长率达到或超过60％，但是力学性能较差。刘学彬等人(《沈阳化工大学学报》,2014,28(1):57-64)利用环氧树脂和硼酚醛树脂制备的耐烧蚀涂层耐冲击强度为15kg·cm-1，但800℃下的成炭率仅为60％，无法满足烧蚀热防护的性能要求。中国发明专利201810974761.5公开了一种高温隔热防护涂层结构及其制备方法，把功能不同的抗氧化、隔热、耐烧蚀涂层结合起来，依次层叠在SiC/SiC复合材料基体表面的添加MoSi2或SiC的ZrB2抗氧化底层，Sc2O3、Y2O3共掺杂ZrO2材料的隔热层以及LaMgAl11O19耐烧蚀功能层，最终形成三层结构复合涂层体系。但是，并未提供该复合体系的导热系数和烧蚀率。中国发明专利201810830584.3公开了一种高效防热隔热涂层材料及其制造方法，由ES-06环氧有机硅树脂、低分子聚酰胺复合固化剂体系，以及玻璃微珠等功能填料体系构成的低密度、高效防热隔热、中温固化的涂层，其热导率为0.17～0.25W/(m·k)，但是仍然无法满足飞行器越来越快的飞行速度对外防护涂层隔热烧蚀的要求。
因此，对飞行器的外部防热隔热涂层的研究是一种综合性能的满足，需要全面地解决现有涂层中高温固化、耐烧蚀性较差、导热性能差、固化收缩高、韧性差、涂层易开裂及喷涂工艺性较差等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种可瓷化耐烧蚀涂层及其制备方法，以解决现有涂层中高温固化、耐烧蚀性较差、导热性能差、固化收缩高、韧性差、涂层易开裂及喷涂工艺性较差的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种可瓷化耐烧蚀涂层制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1、采用溶胶-凝胶法制备有机硅树脂，包括：
将烷氧基硅烷、(芳基)硼酸化合物和无水乙醇加入反应釜中，先升温至50～70℃，待(芳基)硼酸化合物完全溶解后，向反应釜的恒压滴液漏斗中加入适量的去离子水和催化剂，并在1.5～3h内滴加完毕；继续升温至75～120℃，反应3～6h后减压蒸馏，并转移至真空烘箱，在100～120℃下保持2～4h后，得到有机硅预聚体，其中，烷氧基硅烷与(芳基)硼酸化合物的摩尔比为1:0.8～2.5；
采用环氧树脂对有机硅预聚体进行改性，利用有机硅预聚体的活性羟基或烷氧基与环氧树脂的羟基进行缩合反应制备得到有机硅树脂；其中，按照重量百分比，有机硅预聚体为80％～95％，环氧树脂为5％～20％，反应温度和反应时间分别为75～120℃和1.5～5h；
S2、配制有机硅树脂溶液，包括：
将有机硅树脂、填料、助剂和溶剂置于容器中并搅拌混合，在高速搅拌机下以250～500r/min的速度搅拌60～120min，再转移至球磨装置，采用行星式球磨法继续充分混合均匀，得到作为A组分的耐高温隔热涂料，并以固化剂作为B组分；其中，球磨时间为30～240min，球磨转速为100～600r/min；
S3、制备耐烧蚀涂层，包括：
称取一定量的A组分和B组分，混合高速搅拌均匀，调整至合适的施工粘度后，均匀地涂覆在金属基材表面，经固化后得到可瓷化耐烧蚀涂层。
进一步地，在步骤S1中，烷氧基硅烷为二苯基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种的混合物。
进一步地，在步骤S1中，(芳基)硼酸化合物为苯基硼酸、二苯基硼酸、萘硼酸、菲硼酸、蒽硼酸、苄氧基苯硼酸、联苯硼酸、二羟基苯硼酸、2,4-双三氟甲基苯硼酸、3,5-双三氟甲基苯硼酸、硼酸三苯酯、乙酰基苯硼酸、甲酰基苯硼酸、芘硼酸、4-(1-萘基)苯硼酸、羟基苯硼酸、羟甲基苯硼酸、异丙基苯基硼酸、4'-溴-4-联苯硼酸、3-氨基苯硼酸(一水)、3-氨基苯硼酸半硫酸盐、甲硫基苯硼酸、1,4-苯二硼酸、3-羧基-5-硝基苯硼酸、3-氯-4-氟苯硼酸、甲基苯硼酸、氟苯硼酸、二氟苯硼酸、乙氧基苯硼酸、二溴苯硼酸、二氯苯硼酸或乙基苯硼酸中的一种或几种的混合物。
进一步地，在步骤S1中，催化剂为盐酸、硫酸、醋酸、磷酸、有机酸草酸、柠檬酸或对甲苯磺酸中的一种或几种的混合物；催化剂的用量为烷氧基硅烷用量的0.1～5％。
进一步地，在步骤S1中，环氧树脂为双酚A型酚醛环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、邻甲酚型酚醛环氧树脂、含溴环氧树脂或有机硅改性环氧树脂中的一种或多种的混合物。
进一步地，在步骤S2中，填料为隔热填料、耐烧蚀填料、阻燃填料和补强填料中的任意一种或两种以上的组合；其中，隔热填料为中空玻璃微球、空心酚醛微珠、中空酚醛微球、软木粉、丙烯酸酯中空微球或蛭石中的一种或多种的混合物；耐烧蚀填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、电熔氧化锆、气相二氧化硅、氧化铁红、α-氧化铝、氧化镁、氧化锌、硫酸钙、硫酸钡、云母、石英粉、硅灰石或三氧化二铬中的一种或多种的混合物；阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、水滑石、蒙脱土、硼酸锌或硅藻土中的一种或多种的混合物；补强填料为炭黑、白炭黑或碳酸钙中的一种或多种的混合物，且表面经过硅烷或硅氮烷处理。
进一步地，在步骤S2中，助剂包括分散剂和流平剂；其中，分散剂包括脂肪酸聚醇酯类、聚酰胺类或有机硅类分散剂，流平剂包括有机硅树脂类、丙烯酸酯类或脲醛树脂类流平剂。
进一步地，在步骤S2中，溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、正丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、丙酮、丁酮、环已酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、汽油、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的混合物。
进一步地，在步骤S2中，固化剂为脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺或改性芳胺中的一种或多种的混合物。
此外，本发明还提出一种可瓷化耐烧蚀涂层，该可瓷化耐烧蚀涂层采用上述方法制备；其中，可瓷化耐烧蚀涂层包括以下组分及其重量百分比：有机硅树脂25％～70％，固化剂3％～30％，溶剂0～30％，填料15％～50％，助剂0.1％～0.5％。
(三)有益效果
本发明提出一种可瓷化耐烧蚀涂层及其制备方法，通过对涂料的组成和配比进行优化后得到的，制备的涂料所形成的涂层结合强度高，能够经受1500℃以上的瞬时高温，同时具有更加优异的阻燃效果和力学强度。采用本发明制备的耐烧蚀涂层可具有低导热系数、低线烧蚀率、高力学性能和优异的工艺性等优势。本发明的制备方法简单，为工业上大规模制备耐烧蚀涂料提供了一条有效途径。该耐烧蚀涂层可室温固化，导热系数低于0.1W/(m·k)，线烧蚀率低于0.02mm/s，在飞行器表面热防护系统具有非常广阔的应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体在于：
(1)本发明通过改变有机硅树脂的主链结构、提高有机硅树脂的交联密度以及添加环氧树脂和填料的方法，全面提升有机硅树脂的耐烧蚀性能、隔热性能、粘结性能和力学性能，尤其是该制备方法简便易行，很容易规模化生产。首先，B-O键的键(537.6kJ/mol)远高于Si-O键(422.5kJ/mol)，非常有助于提高有机硅树脂的耐热性。其次，(芳基)硼酸类化合物具有多官能团，引入后使有机硅树脂分子内部形成致密的交联结构，可以极大地提高有机硅树脂的耐烧蚀性能、抗氧化性能、阻燃性能和高温下的可瓷化性。尤为重要的是，引入杂原子硼后，其在高温裂解过程中会发转化为氧化硼和碳化硼的陶瓷保护层，具有一定的强度且能承受一定的冲击力，从而提高涂层的烧蚀隔热性能，有希望成为高超声速飞行器关键部件的后选材料。
(2)本发明采用环氧树脂对有机硅预聚体进行改性，利用有机树脂的活性基团(羟基)在适当的反应条件下，与有机硅中间体低聚物中的羟基，烷氧基或不饱和烃基进行缩聚或聚合反应，制得有机硅树脂。环氧树脂是一类含羟基、醚基和活泼的环氧基，以脂肪族、脂环族和芳香族碳键为骨架的高分子预聚体。环氧树脂中的羟基和醚键具有很强的极性，有助于提高界面粘结性；环氧树脂的分子链主要由碳-碳键和醚键构成，化学性质很稳定；由于环氧树脂的环氧基在分子链的两端，交联点间距较大，分子链的内旋转较方便，所以韧性较好。因此，采用环氧树脂改性有机硅树脂不仅可以大幅度改善树脂的粘结性能、耐介质性、机械性能，而且可以采用胺类固化剂固化，大大降低有机硅树脂的固化温度，甚至可以在室温固化。
(3)要满足高温下的隔热性能的关键在于填料的选择运用。根据涂层的机械性能、耐烧蚀和隔热性能要求选择合适的填料。同时，耐高温有机硅树脂涂料还要求耐高温的填料与之匹配，并且在兼顾导热的同时，能够在高温条件下发生反应降低先躯体在陶瓷化过程中产生的裂纹和孔隙等缺陷。填料借助各种手段分散于成膜物中，涂料固化成膜后留在涂膜中，是辅助成膜物质，有的则充当涂膜空隙填充物。填料的加入可以改善涂料的多种理化性能，如提高涂层的机械强度、力学性能、附着力、渗透性、耐候性、耐温性、耐腐蚀性等。填料表面的活性基团可以和大分子链活性基团相结合，从而形成交联网状结构。一般来说填料粒子的粒径和形貌对网状结构的强度有很大的影响。在涂料制备过程中，一般都需要将填料加以研磨，使其达到涂料制备所需的粒径，以充分发挥其增强作用。为了保证涂料体系在高温下的有效隔热性，使用阻燃剂和其它功能组分也是必要的。在本发明中，填料为隔热填料、耐烧蚀填料、阻燃填料和补强填料中的任意一种或两种以上的组合，优选的，按照重量百分比，填料包括隔热填料5％～35％，耐烧蚀填料25％～60％，阻燃填料2％～25％和补强填料5％～15％。
(4)采用本发明专利提供的方法制备的耐高温涂料可以满足多种喷涂工艺，拓宽耐烧蚀涂料的适用范围。本发明的可瓷化耐烧蚀涂层制备方法中涂料可以通过喷涂、刮涂或辊涂在金属基材表面。对待喷涂的金属基材需要进行表面净化，通过化学或物理的方法除去金属基材表面的油污和锈层；对待喷涂的金属基材进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥高压空气对喷砂后的基材表面进行吹扫洁净处理后使用。其中，喷涂可以采用等离子喷涂或压缩空气喷枪进行。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种可瓷化耐烧蚀涂层及其制备方法，通过树脂改性显著改善传统树脂综合性能的不足，制备的涂层具有良好的耐高温性能、耐烧蚀和防热性能，同时涂料体系施工方便，储存期长，可以调成任意粘度，能够满足飞行器对热防护材料的性能提出更苛刻的要求，最终实现耐烧蚀涂层综合性能的全面提升。
通过本实施例的方法制备的可瓷化耐烧蚀涂层，包括以下组分及其重量百分比：有机硅树脂25％～70％，固化剂3％～30％，溶剂0～30％，填料15％～50％，助剂0.1％～0.5％。
该涂层的制备方法具体包括以下步骤：
(1)采用溶胶-凝胶法制备有机硅树脂
将计量的烷氧基硅烷、(芳基)硼酸化合物和无水乙醇加入装有回流冷凝器、磁力搅拌桨、温度计、热电偶和恒压滴液漏斗的反应釜中，先升温至50～70℃，待(芳基)硼酸化合物完全溶解后，向恒压滴液漏斗中加入适量的去离子水和催化剂，并在1.5～3h内滴加完毕；继续升温至75～120℃，反应3～6h后减压蒸馏，并将其转移至真空烘箱，在100～120℃下保持2～4h后，得到有机硅预聚体。其中，烷氧基硅烷与(芳基)硼酸化合物的摩尔比为1:0.8～2.5。接下来，采用环氧树脂对有机硅预聚体进行改性，利用有机硅预聚体的活性羟基或烷氧基与环氧树脂的羟基进行缩合反应制备得到有机硅树脂。按照重量百分比，有机硅预聚体为80％～95％，环氧树脂为5％～20％，反应温度和反应时间分别为75～120℃和1.5～5h。
其中，烷氧基硅烷为二苯基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种的混合物。
(芳基)硼酸化合物为苯基硼酸、二苯基硼酸、萘硼酸、菲硼酸、蒽硼酸、苄氧基苯硼酸、联苯硼酸、二羟基苯硼酸、2,4-双三氟甲基苯硼酸、3,5-双三氟甲基苯硼酸、硼酸三苯酯、乙酰基苯硼酸、甲酰基苯硼酸、芘硼酸、4-(1-萘基)苯硼酸、羟基苯硼酸、羟甲基苯硼酸、异丙基苯基硼酸、4'-溴-4-联苯硼酸、3-氨基苯硼酸(一水)、3-氨基苯硼酸半硫酸盐、甲硫基苯硼酸、1,4-苯二硼酸、3-羧基-5-硝基苯硼酸、3-氯-4-氟苯硼酸、甲基苯硼酸、氟苯硼酸、二氟苯硼酸、乙氧基苯硼酸、二溴苯硼酸、二氯苯硼酸或乙基苯硼酸中的一种或几种的混合物。
催化剂为盐酸、硫酸、醋酸、磷酸、有机酸草酸、柠檬酸或对甲苯磺酸中的一种或几种的混合物，催化剂的用量为烷氧基硅烷用量的0.1～5％。
环氧树脂为双酚A型酚醛环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、邻甲酚型酚醛环氧树脂、含溴环氧树脂或有机硅改性环氧树脂中的一种或多种的混合物。
(2)配制有机硅树脂溶液：按照计量比将有机硅树脂、填料、各类助剂和溶剂置于容器中并搅拌混合，在高速搅拌机下以250～500r/min的速度搅拌60～120min，将上述原料转移至球磨装置，采用行星式球磨法继续将上述组分充分混合均匀，得到耐高温隔热涂料为A组分，B组分为固化剂。其中，球磨时间为30～240min，球磨转速为100～600r/min。
其中，填料为隔热填料、耐烧蚀填料、阻燃填料和补强填料中的任意一种或两种以上的组合。优选的，按照重量百分比，填料包括隔热填料5％～35％，耐烧蚀填料25％～60％，阻燃填料2％～25％和补强填料5％～15％。其中，隔热填料为中空玻璃微球、空心酚醛微珠、中空酚醛微球、软木粉、丙烯酸酯中空微球或蛭石中的一种或多种的混合物；耐烧蚀填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、电熔氧化锆、气相二氧化硅、氧化铁红、α-氧化铝、氧化镁、氧化锌、硫酸钙、硫酸钡、云母、石英粉、硅灰石或三氧化二铬中的一种或多种的混合物；阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、水滑石、蒙脱土、硼酸锌或硅藻土中的一种或多种的混合物；补强填料为炭黑、白炭黑或碳酸钙中的一种或多种的混合物，表面经过硅烷或硅氮烷处理。
助剂包括分散剂和流平剂，优选的，分散剂包括脂肪酸聚醇酯类、聚酰胺类或有机硅类分散剂，流平剂包括有机硅树脂类、丙烯酸酯类或脲醛树脂类流平剂。
溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、正丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、丙酮、丁酮、环已酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、汽油、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的混合物。
固化剂为脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺或改性芳胺中的一种或多种的混合物。
(3)制备耐烧蚀涂层：称取一定量的A组分和B组分，混合高速搅拌均匀，调整至合适的施工粘度后，将涂料均匀地喷涂、刮涂或辊涂在金属基材表面，经固化后得到可瓷化耐烧蚀涂层。该涂层既可以在40～80℃下处理10～60min完全固化，也可以在室温下放置20～24h后完全固化，涂层厚度为2～4mm。
其中，待喷涂的金属基材需要进行表面净化，通过化学或物理的方法除去金属基材表面的油污和锈层。对待喷涂的金属基材进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥高压空气对喷砂后的基材表面进行吹扫洁净处理后使用。喷涂可以采用等离子喷涂或压缩空气喷枪进行。其中，等离子喷涂工艺参数为：氩气气流量80-130L/min，氮气气流量3-35L/min，工作电流300-450A，工作电压120-150V；压缩空气喷枪喷涂工艺参数为，喷涂压力1.5～3.0Mpa，喷涂距离15～30mm，单次喷涂厚度200～400μm，每次间隔时间15～60min；或者将A组分与B组分混合均匀后直接刮涂于基材表面，刮涂时控制单次刮涂厚度200～500μm，每次间隔时间30～60min。
实施例1
本实施例提出一种可瓷化耐烧蚀涂层，包括以下组份和质量百分比，有机硅树脂50％～65％，固化剂8％～15％，填料25％～35％，助剂0.1％～0.5％。
该涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将计量的二苯基二乙氧基硅烷、4-(1-萘基)苯硼酸、无水乙醇和盐酸加入装有回流冷凝器、磁力搅拌桨、温度计、热电偶和恒压滴液漏斗的反应釜中，先升温至60℃，待4-(1-萘基)苯硼酸完全溶解后，向恒压滴液漏斗中加入适量的去离子水和催化剂，并在1.5h内滴加完毕；继续升温至120℃，反应4h后减压蒸馏，并将其转移至真空烘箱在100℃下保持4h后，得到有机硅预聚体。其中，二苯基二乙氧基硅烷和4-(1-萘基)苯硼酸的摩尔比为1:0.8。接下来，采用环氧树脂对有机硅预聚体进行改性，利用有机硅预聚体的活性羟基或烷氧基与环氧树脂的羟基进行缩合反应制备得到有机硅树脂。按照重量百分比，有机硅预聚体为25％，苯酚型酚醛环氧树脂为5％，反应温度和反应时间分别为110℃和2h，制备得到有机硅树脂。
(2)将有机硅树脂、填料(中空玻璃微球、碳酸钙、白炭黑、氢氧化镁、氧化锆)、助剂(有机硅类分散剂、脲醛树脂类流平剂)置于容器中并搅拌混合，在高速搅拌机下以300r/min的速度搅拌60min，进一步采用行星式球磨法以300r/min的速度球磨100min，得到耐高温隔热涂料为A组分，B组分固化剂为脂环族多胺。
(3)制备耐烧蚀涂层：称取一定量的A组分和B组分，混合高速搅拌均匀，调整至合适的施工粘度后，均匀地喷涂在金属基材(本例及其余两个实例中使用的金属板材尺寸为100mm×100mm×3mm)表面，将该涂层在40℃下处理50min后得到可瓷化耐烧蚀涂层。
实施例2
本实施例提出一种可瓷化耐烧蚀涂层，包括以下组份和质量百分比，有机硅树脂55％～65％，固化剂8％～15％，填料20％～35％，助剂0.1％～0.5％。
该涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将计量的苯基三乙氧基硅烷、苯基硼酸和羟甲基苯硼酸的混合物、无水乙醇和醋酸加入装有回流冷凝器、磁力搅拌桨、温度计、热电偶和恒压滴液漏斗的反应釜中，先升温至65℃，待苯基硼酸和羟甲基苯硼酸的混合物完全溶解后，向恒压滴液漏斗中加入适量的去离子水和醋酸，并在2h内滴加完毕；继续升温至100℃，反应5h后减压蒸馏，并将其转移至真空烘箱在120℃下保持2h后，得到有机硅预聚体。其中，苯基三乙氧基硅烷与苯基硼酸和羟甲基苯硼酸的混合物的摩尔比为1:2.0。接下来，采用环氧树脂对有机硅预聚体进行改性，利用有机硅预聚体的活性羟基或烷氧基与环氧树脂的羟基进行缩合反应制备得到有机硅树脂。按照重量百分比，有机硅预聚体为35％，邻甲酚型酚醛环氧树脂为15％，反应温度和反应时间分别为100℃和5h，制备得到有机硅树脂。
(2)将有机硅树脂、填料(空心酚醛微珠、滑石粉、蒙脱土、碳酸钙、氧化锆)、助剂(聚酰胺类分散剂、丙烯酸酯类流平剂)置于容器中并搅拌混合，在高速搅拌机下以400r/min的速度搅拌45min，进一步采用行星式球磨法以400r/min的速度球磨60min，即可得到耐高温隔热涂料为A组分，B组分固化剂为脂环族多胺。
(3)制备耐烧蚀涂层：称取一定量的A组分和B组分，混合高速搅拌均匀，调整至合适的施工粘度后，均匀地喷涂在金属基材表面，将该涂层在70℃下处理10min后即可得到可瓷化耐烧蚀涂层。
实施例3
本实施例提出一种可瓷化耐烧蚀涂层，包括以下组份和质量百分比，有机硅树脂40％～55％，固化剂8％～15％，填料20％～35％，助剂0.1％～0.5％、溶剂10％～20％。
该涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)将计量的甲基三乙氧基硅烷、二苯基硼酸、无水乙醇和盐酸加入装有回流冷凝器、磁力搅拌桨、温度计、热电偶和恒压滴液漏斗的反应釜中，先升温至60℃，待二苯基硼酸完全溶解后，向恒压滴液漏斗中加入适量的去离子水和催化剂盐酸，并在2h内滴加完毕；继续升温至100℃，反应4h后减压蒸馏，并将其转移至真空烘箱在100℃下保持4h后，得到有机硅预聚体。其中，甲基三乙氧基硅烷和二苯基硼酸的摩尔比为1:1.5。接下来，采用环氧树脂对有机硅预聚体进行改性，利用有机硅预聚体的活性羟基或烷氧基与环氧树脂的羟基进行缩合反应制备得到有机硅树脂。按照重量百分比，有机硅预聚体为40％，双酚A型酚醛环氧树脂为10％，反应温度和反应时间分别为120℃和1.5h，制备得到有机硅树脂。
(2)按照计量比将有机硅树脂、填料(空心酚醛微球、氧化锌、炭黑、三氧化二锑、碳酸钙)、助剂(脂肪酸聚醇酯类分散剂、丙烯酸酯类流平剂)、溶剂(二甲苯和乙酸乙酯混合物)置于容器中并搅拌混合，在高速搅拌机下以300r/min的速度搅拌60min，进一步采用行星式球磨法以400r/min的速度球磨120min，即可得到耐高温隔热涂料为A组分，B组分固化剂为聚酰胺。
(3)制备耐烧蚀涂层：称取一定量的A组分和B组分，混合高速搅拌均匀，调整至合适的施工粘度后，均匀地喷涂在金属基材表面，将该涂层在室温下放置24h后即可得到可瓷化耐烧蚀涂层。
实施例1～3制备的可瓷化耐烧蚀涂层的性能指标，如表1所示。
表1可瓷化耐烧蚀涂层的性能指标
Figure BDA0002377867890000141
本发明所提供的的制备可瓷化耐烧蚀涂层的方法，树脂基体并不局限于本发明所述的有机硅树脂，其它有机树脂如聚醚醚酮树脂、氟碳树脂、聚苯硫醚树脂或聚酰亚胺树脂中的任意一种或两种以上的组合都属于本发明的保护范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可瓷化耐烧蚀涂层制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、采用溶胶-凝胶法制备有机硅树脂，包括：
将烷氧基硅烷、(芳基)硼酸化合物和无水乙醇加入反应釜中，先升温至50～70℃，待(芳基)硼酸化合物完全溶解后，向反应釜的恒压滴液漏斗中加入适量的去离子水和催化剂，并在1.5～3h内滴加完毕；继续升温至75～120℃，反应3～6h后减压蒸馏，并转移至真空烘箱，在100～120℃下保持2～4h后，得到有机硅预聚体，其中，烷氧基硅烷与(芳基)硼酸化合物的摩尔比为1:0.8～2.5；
采用环氧树脂对所述有机硅预聚体进行改性，利用有机硅预聚体的活性羟基或烷氧基与环氧树脂的羟基进行缩合反应制备得到有机硅树脂；其中，按照重量百分比，有机硅预聚体为80％～95％，环氧树脂为5％～20％，反应温度和反应时间分别为75～120℃和1.5～5h；
S2、配制有机硅树脂溶液，包括：
将有机硅树脂、填料、助剂和溶剂置于容器中并搅拌混合，在高速搅拌机下以250～500r/min的速度搅拌60～120min，再转移至球磨装置，采用行星式球磨法继续充分混合均匀，得到作为A组分的耐高温隔热涂料，并以固化剂作为B组分；其中，球磨时间为30～240min，球磨转速为100～600r/min；
S3、制备耐烧蚀涂层，包括：
称取一定量的A组分和B组分，混合高速搅拌均匀，调整至合适的施工粘度后，均匀地涂覆在金属基材表面，经固化后得到可瓷化耐烧蚀涂层。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述烷氧基硅烷为二苯基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种的混合物。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述(芳基)硼酸化合物为苯基硼酸、二苯基硼酸、萘硼酸、菲硼酸、蒽硼酸、苄氧基苯硼酸、联苯硼酸、二羟基苯硼酸、2,4-双三氟甲基苯硼酸、3,5-双三氟甲基苯硼酸、硼酸三苯酯、乙酰基苯硼酸、甲酰基苯硼酸、芘硼酸、4-(1-萘基)苯硼酸、羟基苯硼酸、羟甲基苯硼酸、异丙基苯基硼酸、4'-溴-4-联苯硼酸、3-氨基苯硼酸(一水)、3-氨基苯硼酸半硫酸盐、甲硫基苯硼酸、1,4-苯二硼酸、3-羧基-5-硝基苯硼酸、3-氯-4-氟苯硼酸、甲基苯硼酸、氟苯硼酸、二氟苯硼酸、乙氧基苯硼酸、二溴苯硼酸、二氯苯硼酸或乙基苯硼酸中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述催化剂为盐酸、硫酸、醋酸、磷酸、有机酸草酸、柠檬酸或对甲苯磺酸中的一种或几种的混合物；催化剂的用量为烷氧基硅烷用量的0.1～5％。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述环氧树脂为双酚A型酚醛环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、邻甲酚型酚醛环氧树脂、含溴环氧树脂或有机硅改性环氧树脂中的一种或多种的混合物。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述填料为隔热填料、耐烧蚀填料、阻燃填料和补强填料中的任意一种或两种以上的组合；其中，所述隔热填料为中空玻璃微球、空心酚醛微珠、中空酚醛微球、软木粉、丙烯酸酯中空微球或蛭石中的一种或多种的混合物；所述耐烧蚀填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、电熔氧化锆、气相二氧化硅、氧化铁红、α-氧化铝、氧化镁、氧化锌、硫酸钙、硫酸钡、云母、石英粉、硅灰石或三氧化二铬中的一种或多种的混合物；所述阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、水滑石、蒙脱土、硼酸锌或硅藻土中的一种或多种的混合物；所述补强填料为炭黑、白炭黑或碳酸钙中的一种或多种的混合物，且表面经过硅烷或硅氮烷处理。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述助剂包括分散剂和流平剂；其中，所述分散剂包括脂肪酸聚醇酯类、聚酰胺类或有机硅类分散剂，所述流平剂包括有机硅树脂类、丙烯酸酯类或脲醛树脂类流平剂。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、正丁醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、丙酮、丁酮、环已酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、汽油、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的混合物。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述固化剂为脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺或改性芳胺中的一种或多种的混合物。
10.一种可瓷化耐烧蚀涂层，其特征在于，所述可瓷化耐烧蚀涂层采用上述任一项权利要求所述的方法制备；其中，所述可瓷化耐烧蚀涂层包括以下组分及其重量百分比：有机硅树脂25％～70％，固化剂3％～30％，溶剂0～30％，填料15％～50％，助剂0.1％～0.5％。
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