CN111875994A - 一种提高汽车排气管隔热性能的涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高汽车排气管隔热性能的涂料及其制备方法和应用，该涂料由无机胶粘剂和中空玻璃微球两部分组成，其包括以下重量份组分的原料：基料100份，填料35～45份，固化剂10份，增韧剂15～20份，去离子水50～100份，中空玻璃微球5～30份。与现有技术相比，用该涂料制备的涂层具有重量轻和隔热性能好的特点，工艺简单，制备成本较低。

Description

一种提高汽车排气管隔热性能的涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及隔热涂料技术领域，具体涉及一种提高汽车排气管隔热性能的涂料及其制备方法和应用。
背景技术
汽车发动机在工作过程中，会持续产生大量的高温气体，并经由排气管排向空气中。所以汽车排气管会长时间处于高温工作的环境中，尤其是靠近发动机部位的排气管，工作温度可高达400℃至600℃。但汽车排气管材料以钢材为主，含碳量为1％的普通碳钢的导热系数为45W/m·K，导热系数较高，无法起到隔热的作用；不锈钢的导热系数较低，仅为16W/m·K，但仍未达到要求，且成本太高。
对于具有隔热性能的涂层而言，其导热系数要小于0.2W/m·K，可以有效降低外表面温度，适当增加涂层厚度，外表面温度降低越明显，隔热效果越好。特别是对于以甲醇、乙醇等有机燃料为能源的发动机，工作中会排出大量高温水蒸气和二氧化碳，由于未加防护的排气管外表面温度过高，在影响排气管使用寿命的同时，也会对排气管周围的电路系统或零部件造成影响。
因此，如何制备一种可以提高汽车排气管隔热性能的涂层，在能满足使用要求的同时，又能够提高汽车在长时间行驶中的安全性，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决汽车排气管在使用过程外表面温度过高的问题，而提供一种提高汽车排气管隔热性能的涂料及其制备方法和应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，该涂料由无机胶粘剂和中空玻璃微球两部分组成，其包括以下重量份组分的原料：基料100份，填料35～45份，固化剂10份，增韧剂15～20份，去离子水50～100份，中空玻璃微球5～30份。
优选地，所述基料为磷酸二氢铝或水玻璃中任意一种。
优选地，所述填料为二氧化硅和碳化硼的混合物，其中，二氧化硅为10～15份，碳化硼为25～30份。优选地，所述固化剂为氧化铜或氧化铝中任意一种。
优选地，所述增韧剂为碳纤维。
优选地，所述中空玻璃微球的直径为50～70μm，密度为0.15～0.25g/cm3，室温下导热系数为0.017～0.055W/(m·K)，抗压强度～5.17MPa。
一种提高汽车排气管隔热性能的涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方备料；
(2)在60～70℃下，将基料与去离子水混合，再加入填料、固化剂和增韧剂，搅拌均匀后，加入中空玻璃微球，然后搅拌混匀，自然冷却至室温，静置后即得到产品。
步骤(2)基料、去离子水、填料，固化剂和和增韧剂，搅拌15～20分钟后，加入中空玻璃微球，然后保温搅拌15～20分钟，搅拌速度为100r/min。
该涂料涂附在汽车排气管工件表面用于排气管隔热，具体方法，将金属工件表面用砂纸打磨，经酸洗和碱洗后，用去离子水冲洗并烘干，将所述涂料均匀涂附在金属工件表面，涂附后的金属工件在室温下固化40～48h，然后再于60～80℃下烘干24h，最后在110～180℃热处理3～4h。
其中，涂层厚度为1.2-1.4mm，涂层密度为0.8-1.0g/cm3，所述酸洗由质量分数为2～3％的盐酸进行清洗，碱洗由2～3％的氢氧化钠溶液进行清洗。
本发明的原理为，通过在以磷酸二氢铝为基料的无机胶粘剂中加入中空玻璃微球，制备的涂料固化后会在金属工件表面形成一层多孔无机涂层，该无机涂层在与金属保持较高连接强度的同时，由于加入了二氧化硅、碳化硼、碳纤维等物质提高了涂层的高温使用性能，在500℃的高温时仍然有效。而中空微球由于其特殊的结构，外部为一层球壳，内部空腔充满气体，热导系数低，此外涂料在固化过程中水会逐渐挥发，从而形成具有多孔结构的涂层。
与现有技术相比，用该涂料制备的涂层具有重量轻和隔热性能好的特点，工艺简单，制备成本较低。
附图说明
图1为制备的涂层横断面结构示意图；
图中：1-空腔：2-中空微球球体；3-无机胶粘剂；
图2为中空玻璃微球电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，由以下重量份的原料制成：磷酸二氢铝100份，二氧化硅10份，碳化硼25份，氧化铜10份，去离子水100份，碳纤维20份，中空玻璃微球5份。
其制备方法包括以下步骤：
在70℃下，先将一定比例的磷酸二氢铝与去离子水混合，再按比例加入填料和固化剂，并加入碳钎维，搅拌15分钟后；加入中空玻璃微球，然后保温搅拌15分钟，搅拌速度为100r/min，搅拌均匀后自然冷却至室温，静置后即可使用。
所述中空玻璃微球的直径为50～70μm。
一种提高汽车排气管隔热性能涂料的使用方法，将金属工件表面用砂纸打磨，经酸洗和碱洗后，用去离子水冲洗并烘干，将所述涂料均匀涂附在金属工件表面。涂附后的金属工件在室温固化48h，然后再于80℃下烘干24h，最后在180℃热处理3h。
其中，所述酸洗由质量分数为2％的盐酸进行清洗，碱洗由3％的氢氧化钠溶液进行清洗。
实施例2
一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，由以下重量份的原料制成：磷酸二氢铝100份，二氧化硅10份，碳化硼30份，氧化铜10份，去离子水100份，碳钎维15份，中空玻璃微球15份。
其制备方法包括以下步骤：在70℃下，先将一定比例的磷酸二氢铝与去离子水混合，再按比例加入填料和固化剂，并加入碳钎维，搅拌15分钟后，加入中空玻璃微球，然后保温搅拌20分钟，搅拌速度为100r/min，搅拌均匀后自然冷却至室温，静置后即可使用。
所述的中空玻璃微球的直径为50～70μm。
其使用方法与实施例1相同。
实施例3
一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，由以下重量份的原料制成：磷酸二氢铝100份，二氧化硅15份，碳化硼25份，氧化铜10份，碳钎维15份，去离子水100份，中空玻璃微球30份。
其制备方法包括以下步骤：在70℃下，先将一定比例的磷酸二氢铝与去离子水混合，再按比例加入填料和固化剂，并加入碳钎维，搅拌15分钟后，加入中空玻璃微球，然后保温搅拌20分钟，搅拌速度为100r/min，搅拌均匀后自然冷却至室温，静置后即可使用。
所述的中空玻璃微球的直径为50～70μm。
其使用方法与实施例1相同。
实施例4
一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，由以下重量份的原料制成：水玻璃100份，二氧化硅15份，碳化硼30份，氧化铝10份，碳纤维15份，去离子水50份，中空玻璃微球15份。
其制备方法包括以下步骤：在60℃下，先将一定比例的水玻璃与去离子水混合，再按比例加入填料和固化剂，并加入碳钎维，搅拌20分钟后；加入中空玻璃微球，然后保温搅拌15分钟，搅拌速度为100r/min，搅拌均匀后自然冷却至室温，静置后即可使用。
所述的中空玻璃微球的直径为50～70μm。
一种提高汽车排气管隔热性能涂料的使用方法，将金属工件表面用砂纸打磨，经酸洗和碱洗后，用去离子水冲洗并烘干，将所述涂料均匀涂附在金属工件表面。涂附后的金属工件在室温固化48h，然后再于60℃下烘干24h，最后在110℃热处理4h。
对本发明实施例中制备的涂层进行性能检测，防热涂层测试分析参考标准方法和文件为：
GJB 1201.1-1991固体材料高温热扩散率试验方法-激光脉冲法；
GB/T 1725-2007色漆、清漆和塑料不挥发物含量的测定。
得到的结果具体参见表1。
表1不同涂层性能对比
性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
涂层厚度(mm) 1.23 1.29 1.25 1.35
涂层密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.950 0.925 0.817 0.923
室温热导率(W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>) 0.340 0.337 0.341 0.297
100℃热导率(W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>) 0.255 0.255 0.249 0.224
200℃热导率(W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>) 0.192 0.143 0.151 0.161
350℃热导率(W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>) 0.139 0.145 0.155 0.166
500℃热导率(W·m<sup>-1</sup>·K<sup>-1</sup>) 0.141 0.164 0.168 0.175
由表1数据可以看出，将该涂料制备成涂层后，不仅密度较低，小于1g/cm3，并且高温下热导率也小于0.2W/(m·K)，满足具有隔热性能涂料的低热导率要求。
为了说明本发明的优势，使用不添加中空微球的涂料作为对照组1，不添加碳纤维的涂料作为对照组2，其他组分含量均如实施例1所示，并在与实施例1相同的条件下固化。测量了实施例和对照组的密度，以及室温，200℃和500℃下的热导率，如表2所示。
对比实施例1与对照组1可以发现，当涂料中不添加中空微球时，涂层密度比实施例1大，且热导率均大于实施例1；对比实施列1与对照组2，不加碳纤维固化后涂层表面容易出现裂纹，且在测试高温热导率时涂层开裂；从以上结果可以看出，一方面加入中空微球可以有效较低涂层热导率，另一方面碳纤维可以保护涂层在固化时不产生裂纹。
表2实施例与对比例样品的性能
Figure BDA0002582922440000061
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，其特征在于，该涂料由无机胶粘剂和中空玻璃微球两部分组成，其包括以下重量份组分的原料：基料100份，填料35～45份，固化剂10份，增韧剂15～20份，去离子水50～100份，中空玻璃微球5～30份。
2.根据权利要求1所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，其特征在于，所述基料为磷酸二氢铝或水玻璃中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，其特征在于，所述填料为二氧化硅和碳化硼的混合物，其中，二氧化硅为10～15份，碳化硼为25～30份。
4.根据权利要求1所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，其特征在于，所述固化剂为氧化铜或氧化铝中任意一种，所述增韧剂的成分为碳纤维。
5.根据权利要求1所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料，其特征在于，所述中空玻璃微球的直径为50～70μm，密度为0.15～0.25g/cm3，室温下导热系数为0.017～0.055W/(m·K)，抗压强度～5.17MPa。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方备料；
(2)在60～70℃下，将基料与去离子水混合，再加入填料，固化剂和增韧剂，搅拌均匀后，加入中空玻璃微球，然后搅拌混匀，自然冷却至室温，静置后即得到产品。
7.根据权利要求6所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料的制备方法，其特征在于，步骤(2)基料、去离子水、填料，固化剂和增韧剂，搅拌15～20分钟后，加入中空玻璃微球，然后保温搅拌15～20分钟，搅拌速度为100r/min。
8.如权利要求1-5任一项所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料的应用，其特征在于，该涂料涂附在汽车排气管工件表面用于排气管隔热。
9.根据权利要求8所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料的应用，其特征在于，具体方法，将金属工件表面用砂纸打磨，经酸洗和碱洗后，用去离子水冲洗并烘干，将所述涂料均匀涂附在金属工件表面，涂附后的金属工件在室温下固化40～48h，然后再于60～80℃下烘干，最后在110°～180℃热处理3～4h。
10.根据权利要求9所述的一种提高汽车排气管隔热性能的涂料的应用，其特征在于，所述酸洗由质量分数为2～3％的盐酸进行清洗，碱洗由2～3％的氢氧化钠溶液进行清洗。
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