CN112980283A - 一种隔热材料的表面涂层及其制备方法 - Google Patents

一种隔热材料的表面涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔热材料的表面涂层及其制备方法，涉及隔热材料涂层制备技术领域。一种隔热材料的表面涂层，其包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1‑0.2份、水2‑3份、树脂0.5‑1份、碳化材1‑1.5份和毡粉0.3‑0.5份。本发明提供的隔热材料的表面涂层具有抗氧化性能强，表面硬度高的特性，且使用方便，可以满足现配现用的需求。本发明提供的隔热材料的表面涂层增强隔热材料的抗腐蚀性能和硬度，应用前景广阔。

Description

一种隔热材料的表面涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及隔热材料涂层制备技术领域，具体而言，涉及一种隔热材料的表面涂层及其制备方法。
背景技术
碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维在高于400℃的氧化环境中易发生氧化，从而使其力学性能逐渐下降。在碳纤维表面制备涂层是解决上述问题的普遍方法。目前，存在涂层价格昂贵，抗氧化性能差，强度低等问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隔热材料的表面涂层及其制备方法以解决上述技术问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供了一种隔热材料的表面涂层，其包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1-0.2份、水2-3份、树脂0.5-1份、碳化材1-1.5份和毡粉0.3-0.5份。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述表面涂层包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1-0.15份、水2-2.5份、树脂0.5-0.8份、碳化材1-1.5份和毡粉0.3-0.5份。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述表面涂层包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1份、水2.5份、树脂0.8份、碳化材1.5份和毡粉0.5份。
可选的，上述的隔热材料为聚丙烯腈碳纤维固化断热材、黏胶基碳纤维固化断热材或沥青基碳纤维固化断热材。在其他实施方式中，其他的碳纤维断热材也可行。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述纤维素为甲基纤维素、乙基纤维素、甲乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和淀粉中的至少一种。
可选的，纤维素为羟乙基甲基纤维素。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述树脂为热固性树脂和/或热硬化性树脂。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述热固性树脂为聚缩醛、聚丙烯腈、苯乙烯/二乙烯苯共聚物、聚酰亚胺、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯、聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺树脂、氟树脂、聚酰胺酰亚胺、有机硅树脂或聚醚醚酮，热硬化性树脂为尿素树脂、三聚氰胺树脂、苯酚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、氨基甲酸乙酯树脂或呋喃树脂。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述树脂包括有机硅树脂和酚醛树脂。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述有机硅树脂与酚醛树脂的质量比为1-2:7。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述碳化材为土状石墨粉末、人造石墨粉末、玻碳粉末、碳粉、碳黑和天然石墨粉中的至少一种。
本发明提供了一种在隔热材料表面制备表面涂层的方法，其包括在隔热材料表面喷涂上述隔热材料的表面涂层，表面涂层的制备包括将纤维素、树脂、碳化材、毡粉与水混合。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述表面涂层的制备包括先将纤维素与水混合，搅拌后，顺序加入树脂、碳化材和毡粉。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述表面涂层的制备包括先将纤维素与水混合，搅拌后，加入酚醛树脂，搅拌0.5-2h，然后加入无机硅树脂，搅拌0.5-2h，再加入碳化材，搅拌0.5-2h，然后加入毡粉，搅拌0.5-2h。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的隔热材料的表面涂层具有抗氧化性能强，表面硬度高的特性，且使用方便，可以满足现配现用的需求。本发明提供的隔热材料的表面涂层增强隔热材料的抗腐蚀性能和硬度，应用前景广阔。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
本发明提供了一种隔热材料的表面涂层，其包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1-0.2份、水2-3份、树脂0.5-1份、碳化材1-1.5份和毡粉0.3-0.5份。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述表面涂层包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1-0.15份、水2-2.5份、树脂0.5-0.8份、碳化材1-1.5份和毡粉0.3-0.5份。
可选的，表面涂层的原料所含纤维素的重量份数可选自0.1份、0.11份、0.12份、0.13份、0.14份或0.15份。
可选的，表面涂层的原料所含树脂的重量份数可选自0.5份、0.6份、0.7份或0.8份。
可选的，表面涂层的原料所含碳化材的重量份数可选自1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份。
可选的，表面涂层的原料所含毡粉的重量份数可选自0.3份、0.4份或0.5份。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述表面涂层包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1份、水2.5份、树脂0.8份、碳化材1.5份和毡粉0.5份。
上述的纤维素起到增稠的作用，水具有稀释的作用。可选的，水选自去离子水。
上述的树脂起到了提高涂层抗氧化性和硬度的作用。碳化材起到了遮蔽碳纤维丝的作用。毡粉对涂料起到了抓牢或粘结的作用。
通过纤维素、树脂、碳化材和毡粉的配合，整体上提升了表面的涂层的抗氧化性能和表面硬度。纤维素与离子水作用：起到将水溶液增稠，用于稀释树脂的固含量，天然石墨粉起到了遮蔽作用，毡粉起到了相互连接作用。
可选的，上述的隔热材料为聚丙烯腈碳纤维固化断热材、黏胶基碳纤维固化断热材或沥青基碳纤维固化断热材。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述纤维素为甲基纤维素、乙基纤维素、甲乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和淀粉中的至少一种。
可选的，纤维素为羟乙基甲基纤维素。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述树脂为热固性树脂和/或热硬化性树脂。
可选的，上述树脂可选自如下树脂中的任意一种：热固性树脂；热硬化树脂；热固性树脂和热硬化树脂。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述热固性树脂为聚缩醛、聚丙烯腈、苯乙烯/二乙烯苯共聚物、聚酰亚胺、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯、聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺树脂、氟树脂、聚酰胺酰亚胺、有机硅树脂或聚醚醚酮。
热硬化性树脂为尿素树脂、三聚氰胺树脂、苯酚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、氨基甲酸乙酯树脂或呋喃树脂。
需要说明的是，上述的苯酚树脂为苯酚-甲醛树脂，当苯酚过量时，与甲醛在酸性介质存在下生成线性结构的热固性树脂，而当甲醛过量时，在碱性条件下，苯酚与甲醛反应生成体型结构的热硬化性树脂。
上述树脂的类型，仅为本发明列举的几种可选的类型，在实际应用中，并不限于上述的树脂类型。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述树脂为有机硅树脂和酚醛树脂。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述有机硅树脂与酚醛树脂的质量比为1-2:7。优选地，有机硅树脂与酚醛树脂的质量比为1:7。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述碳化材为土状石墨粉末、人造石墨粉末、玻碳粉末、碳粉、碳黑和天然石墨粉中的至少一种。
可选的，上述碳化材的平均粒径为1500目。
需要说明的是，上述碳化材可以选自人造石墨粉末和玻碳粉末的混合材料；也可以选自玻碳粉末、碳粉和碳黑的混合材料，也可以单独的选自天然石墨粉。
可选的，上述碳化材选自鳞状石墨粉末。
本发明提供了一种在隔热材料表面制备表面涂层的方法，其包括在隔热材料表面喷涂上述隔热材料的表面涂层，表面涂层的制备包括将纤维素、树脂、碳化材、毡粉与水混合。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述表面涂层的制备包括先将纤维素与水混合，搅拌后，顺序加入树脂、碳化材和毡粉。
在本发明应用较佳的实施方式中，上述制备方法包括先将纤维素与水混合，搅拌后，加入酚醛树脂，搅拌0.5-2h，然后加入无机硅树脂，搅拌0.5-2h，再加入碳化材，搅拌0.5-2h，然后加入毡粉，搅拌0.5-2h。需严格按照此顺序进行操作。
可选的，上述搅拌为机械搅拌。上述搅拌的时间为1h。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种隔热材料的表面涂层及其制备方法。制备隔热材料的表面涂层的原料包括：
羟乙基甲基纤维素(型号：ME200MS)，供应商：山东赫达股份有限公司；
稀释剂：去离子水；
天然石墨粉：粒径1500目，供应商：青岛华泰润滑密封科技有限责任公司；
有机硅树脂(型号：9608)，供应商：湖北新四海化工股份有限公司；
酚醛树脂：2127，供应商：无锡欣叶豪化工有限公司；
毡粉。
隔热材料的表面涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)将0.2kg的乙基甲基纤维素和2kg的去离子水放入容器中，采用机械进行搅拌，搅拌时间为1小时；
(2)然后将0.7kg的酚醛树脂置于步骤(1)的容器中，机械搅拌1小时；
(3)取0.1kg的无机硅树脂置于步骤(2)的容器中，搅拌1小时；
(4)将1.5kg的天然石墨粉置于步骤(3)的容器中，搅拌1小时；
(5)将0.5kg的毡粉置于步骤(4)的容器中，搅拌1小时，即可制得抗腐蚀涂层。
实施例2
本实施例提供了一种隔热材料的表面涂层及其制备方法。制备隔热材料的表面涂层的原料包括：
羟乙基甲基纤维素(型号：ME200MS)，供应商：山东赫达股份有限公司；
稀释剂：去离子水；
天然石墨粉：粒径1500目，供应商：青岛华泰润滑密封科技有限责任公司；
有机硅树脂(型号：9608)，供应商：湖北新四海化工股份有限公司；
酚醛树脂：2127，供应商：无锡欣叶豪化工有限公司；
毡粉。
隔热材料的表面涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)将0.1kg的乙基甲基纤维素和2kg的去离子水放入容器中，采用机械进行搅拌，搅拌时间为1小时；
(2)然后将0.6kg的酚醛树脂置于步骤(1)的容器中，机械搅拌1小时；
(3)取0.1kg的无机硅树脂置于步骤(2)的容器中，搅拌1小时；
(4)将1.5kg的天然石墨粉置于步骤(3)的容器中，搅拌1小时；
(5)将0.5kg的毡粉置于步骤(4)的容器中，搅拌1小时，即可制得抗腐蚀涂层。
实施例3
本实施例提供了一种隔热材料的表面涂层及其制备方法。制备隔热材料的表面涂层的原料包括：
甲基纤维素；
稀释剂：去离子水；
玻碳粉末：粒径1500目；
有机硅树脂(型号：9608)，供应商：湖北新四海化工股份有限公司；
酚醛树脂：2127，供应商：无锡欣叶豪化工有限公司；
毡粉。
隔热材料的表面涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)将0.1kg的甲基纤维素和2kg的去离子水放入容器中，采用机械进行搅拌，搅拌时间为1小时；
(2)然后将0.6kg的酚醛树脂置于步骤(1)的容器中，机械搅拌1小时；
(3)取0.1kg的无机硅树脂置于步骤(2)的容器中，搅拌1小时；
(4)将1.5kg的玻碳粉末置于步骤(3)的容器中，搅拌1小时；
(5)将0.5kg的毡粉置于步骤(4)的容器中，搅拌1小时，即可制得抗腐蚀涂层。
实施例4
本实施例提供了一种隔热材料的表面涂层及其制备方法。制备隔热材料的表面涂层的原料包括：
甲乙基纤维素；
稀释剂：去离子水；
碳粉：粒径1500目；
有机硅树脂(型号：9608)，供应商：湖北新四海化工股份有限公司；
酚醛树脂：2127，供应商：无锡欣叶豪化工有限公司；
毡粉。
隔热材料的表面涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)将0.1kg的甲乙基纤维素和2kg的去离子水放入容器中，采用机械进行搅拌，搅拌时间为1.5小时；
(2)然后将0.6kg的酚醛树脂置于步骤(1)的容器中，机械搅拌1.5小时；
(3)取0.1kg的无机硅树脂置于步骤(2)的容器中，搅拌1.5小时；
(4)将1.5kg的碳粉置于步骤(3)的容器中，搅拌1.5小时；
(5)将0.5kg的毡粉置于步骤(4)的容器中，搅拌1.5小时，即可制得抗腐蚀涂层。
实施例5
本实施例提供了一种隔热材料的表面涂层及其制备方法。制备隔热材料的表面涂层的原料包括：
甲乙基纤维素；
稀释剂：去离子水；
碳粉：粒径1500目；
有机硅树脂(型号：9608)，供应商：湖北新四海化工股份有限公司；
环氧树脂；
毡粉。
隔热材料的表面涂层的制备方法包括如下步骤：
(1)将0.1kg的甲乙基纤维素和2kg的去离子水放入容器中，采用机械进行搅拌，搅拌时间为1.5小时；
(2)然后将0.6kg的环氧树脂置于步骤(1)的容器中，机械搅拌1.5小时；
(3)取0.1kg的无机硅树脂置于步骤(2)的容器中，搅拌1.5小时；
(4)将1.5kg的碳粉置于步骤(3)的容器中，搅拌1.5小时；
(5)将0.5kg的毡粉置于步骤(4)的容器中，搅拌1.5小时，即可制得抗腐蚀涂层。
对比例1
本对比例提供了一种进口的表面涂层，购自上海鑫于碳素制品有限公司。
实验例1
本实验例提供了一种在碳纤维表面制备表面涂层的方法，其包括如下工艺：
制备方案一：
采用羊毛刷子，均匀涂抹在碳纤维断热材表面，固化后打磨，进入高温炉煅烧即可。
制备方案二：
采用刮板，均匀刮在碳纤维断热材表面，固化后打磨，进入高温炉煅烧即可。
本实验例中的隔热材料为聚丙烯腈碳纤维固化断热材。
实验例2
本实验例将实施例1制备的涂层进行抗氧化试验。
实验目的：通过在常压下不同温度、同样时效的煅烧，检验实施例1的表面涂层采用实验例1的方案一制备的涂层与对比例1进口涂层的抗氧化性能对比。
实验所需设备与材料：马弗炉，国产涂层0.2KG，进口涂层0.2KG，陶瓷坩埚。
实验工艺：按200℃、400℃、600℃，三个温度进行测试，时效为1小时，称重涂层残余重量。
表1涂层煅烧前后重量表。
Figure BDA0002947699190000121
由上述表1的试验结果可知，本发明提供的涂层抗氧化性能良好。
实验例3
本实验例将实施例1制备的涂层进行涂层强度测试试验。
实验目的：通过将涂层制作在断热材表面，通过700℃煅烧，检查涂层表面强度。
实验所需设备与材料：实施例1的涂层，对比例1的进口涂层。
实验工艺：取150×150×40，聚丙烯腈碳纤维固化断热材2件，1件涂刷国产涂层，1件涂刷进口涂层，分别进行700℃煅烧。
测得涂刷国产涂层的聚丙烯腈碳纤维固化断热材耐压强度：2.2MPa。
测得涂刷进口涂层的聚丙烯腈碳纤维固化断热材的耐压强度：1.6MPa。
由此表明，本发明提供的隔热材料的表面涂层可以增强隔热材料的硬度。
发明人发现，若制备涂层不选择热固性树脂，待涂层高温煅烧后会产生较多微小裂纹。
若制备涂层的原料中不采用纤维素，则制得涂层的颗粒容易沉底，涂刷涂层时表面不均匀。
若制备涂层的原料中不采用无机硅树脂，涂层表面硬度较弱。
涂层原料中的羟乙基甲基纤维素主要起到将涂层中的颗粒均匀的悬浮在涂层溶液中，而纤维素对涂层的硬度和抗腐蚀性能没有影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔热材料的表面涂层，其特征在于，其包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1-0.2份、水2-3份、树脂0.5-1份、碳化材1-1.5份和毡粉0.3-0.5份。
2.根据权利要求1所述的隔热材料的表面涂层，其特征在于，所述表面涂层包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1-0.15份、水2-2.5份、树脂0.5-0.8份、碳化材1-1.5份和毡粉0.3-0.5份。
3.根据权利要求1或2所述的隔热材料的表面涂层，其特征在于，所述表面涂层包括如下重量份数计的原料：纤维素0.1份、水2.5份、树脂0.8份、碳化材1.5份和毡粉0.5份；
优选地，所述隔热材料为聚丙烯腈碳纤维固化断热材、黏胶基碳纤维固化断热材或沥青基碳纤维固化断热材。
4.根据权利要求3所述的隔热材料的表面涂层，其特征在于，所述纤维素为甲基纤维素、乙基纤维素、甲乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和淀粉中的至少一种；
优选地，所述纤维素为羟乙基甲基纤维素。
5.根据权利要求3所述的隔热材料的表面涂层，其特征在于，所述树脂为热固性树脂和/或热硬化性树脂；
优选地，所述热固性树脂为聚缩醛、聚丙烯腈、苯乙烯/二乙烯苯共聚物、聚酰亚胺、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯、聚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺树脂、氟树脂、聚酰胺酰亚胺、有机硅树脂或聚醚醚酮；
所述热硬化性树脂为尿素树脂、三聚氰胺树脂、苯酚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、氨基甲酸乙酯树脂或呋喃树脂。
6.根据权利要求5所述的隔热材料的表面涂层，其特征在于，所述树脂包括有机硅树脂和酚醛树脂；
优选地，所述有机硅树脂与所述酚醛树脂的质量比为1-2:7。
7.根据权利要求3所述的隔热材料的表面涂层，其特征在于，所述碳化材为土状石墨粉末、人造石墨粉末、玻碳粉末、碳粉、碳黑和天然石墨粉中的至少一种。
8.一种在隔热材料表面制备表面涂层的方法，其特征在于，其包括在隔热材料表面喷涂如权利要求1-7任一项所述的隔热材料的表面涂层，所述表面涂层的制备包括将所述纤维素、树脂、碳化材、毡粉与水混合。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述表面涂层的制备包括先将纤维素与水混合，搅拌后，顺序加入树脂、碳化材和毡粉。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面涂层的制备包括先将纤维素与水混合，搅拌后，加入酚醛树脂，搅拌0.5-2h，然后加入无机硅树脂，搅拌0.5-2h，再加入碳化材，搅拌0.5-2h，然后加入毡粉，搅拌0.5-2h。
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