CN113736363A - 一种高效耐高温隔热涂料及其制备和涂覆方法 - Google Patents

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CN113736363A CN202111218310.7A CN202111218310A CN113736363A CN 113736363 A CN113736363 A CN 113736363A CN 202111218310 A CN202111218310 A CN 202111218310A CN 113736363 A CN113736363 A CN 113736363A
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Abstract

本发明涉及一种高效耐高温隔热涂料及其制备和涂覆方法，所述隔热涂料包括硅橡胶胶粘剂和隔热填料；所述硅橡胶胶粘剂和隔热填料的质量比为100：(30‑80)。本发明所制得的高效耐高温隔热涂料长时间耐温可以达到350℃～450℃。相比现有隔热涂料技术，所述的高效耐高温隔热涂料密度小，隔热性能好，粘附能力更强。可应用于工业窑炉、冶金、热网管路、航空航天等领域。

Description

一种高效耐高温隔热涂料及其制备和涂覆方法
技术领域
本发明涉及功能复合材料技术领域，尤其涉及一种高效耐高温隔热涂料及其制备和涂覆方法。
背景技术
隔热涂料技术是一项非常高效、低成本的节能技术，在诸多领域有重要用途。如在窑炉、锅炉、热网管路等领域中，各种高温部件在工作过程中向外散发大量热量，隔热涂料因其耐温性高、隔热效果良好且施工工艺简便可作为各种高温部件隔热材料使用，起到降低设备能耗作用。在航空航天领域中，隔热涂料已经是结构与热防护系统中不可缺少的一部分，特别是在航空航天技术迅速发展的今天，对隔热材料耐热性、空间、重量方面都提出了很高的要求。
目前，美国等工业发达国家在航空涂料领域比较先进，一般使用环氧、丙烯酸、聚氨酯类涂料代替原来使用的醇酸、硝基类涂料，但是这类涂料耐温性较低。一些国家在军事上还研发了反射型隔热保温涂料，在建筑领域研发了陶瓷隔热保温涂料，其中建筑领域使用的涂料导热系数和密度普遍较高。
我国在工业管道领域使用的涂料主要是有机硅耐高温涂料和以改性的无机胶粘剂为基料制备的涂料，这类涂料虽然耐温性较好，但其导热系数和密度都比较高。
例如，CN101845273A公开了一种烧蚀隔热涂料及其制备方法，所述烧蚀隔热涂料包括基料、填料和辅料，以重量百分比计算：基料是室温硫化嵌段甲基硅橡胶，为68～73％；填料包括重量百分比为13～14％的石英粉和8～15％的软木粉；辅料为增塑剂和抗氧化剂，占4～5％。但是该涂料导热系数超过0.20W/(m·K)，存在导热系数高等问题。
又例如，CN109852238A公开了一种可喷涂的硅橡胶基轻质耐烧蚀隔热涂料及其应用，其中所述可喷涂的硅橡胶基轻质耐烧蚀隔热涂料由A组分、B组分按质量比为100∶0.5～100∶3配制得到，所述A组分由以下组分及重量份含量的原料制备得到：室温硫化有机硅橡胶80-110份，阻燃填料40-50份，短切碳纤维填料3-5份、硅基补强填料10-12份、分散助剂0.5-1，偶联剂5-10份，溶剂100-150份，所述B组份由交联剂正硅酸乙酯或含氢硅油和催化剂二月桂酸二丁基锡或钛酸四丁酯按照7∶3质量组份配制而成。但是该涂料主要作为外防护材料使用，并且存在硬度高、密度大等问题。
再例如，CN109868058A公开了一种非对称中空锆酸镧微球增强硅橡胶隔热涂料及其应用，所述涂料由A组分及B组分按质量比为100∶2～100∶3配制，所述A组分由以下组分及重量份含量的原料制备得到：室温硫化有机硅橡胶80-100份，具有低热导率的无机隔热填料20-40份，偶联剂0.5-1份，补强填料2-4份，溶剂80-150份，分散剂0.5-1份；所述B组份由交联剂和催化剂按照7∶3质量组份配制而成。但是该涂料存在导热系数高等问题。
因此，针对以上不足，尤其是现有技术中缺乏同时满足耐温性好(例如能够耐受350℃、或者400℃甚至450℃的高温)、剥离强度大(例如400℃剥离强度不小于0.15kN/m和/或室温剥离强度不小于1.0kN/M)、密度小(例如不大于0.4甚至0.35g/cm3)的耐高温隔热涂料的问题，需要提供一种可以同时满足温度、空间、重量等性能要求的高效耐高温隔热涂料及其制备方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是现有隔热涂料不能同时满足温度、空间、重量要求等问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种高效耐高温隔热涂料，所述隔热涂料包括硅橡胶胶粘剂和隔热填料；
所述硅橡胶胶粘剂和隔热填料的质量比为100∶(30-80)。
本发明第二方面提供了一种高效耐高温隔热涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)提供硅橡胶胶粘剂；
(2)将隔热填料添加到所述硅橡胶胶粘剂中，搅拌均匀，得到所述高效耐高温隔热涂料。
本发明第三方面提供了一种高效耐高温隔热涂料的涂覆方法，所述涂覆方法可以为喷涂法或刷涂法。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)本发明提供的高效耐高温隔热涂料同时具有密度小，隔热性能好(2mm厚的耐高温隔热涂料400℃，1800s考核的背温为300℃以下)，粘附能力强(例如400℃剥离强度不小于0.10kN/m和/或室温剥离强度不小于0.8kN/M剥离强度)。
(2)本发明提供的高效耐高温隔热涂料耐温高，长时间(1800s及1800s以上)耐温的温度可以达到350℃～450℃。
(3)本发明提供的高效耐高温隔热涂料制备工艺简单，制备周期短。
(4)本发明提供的高效耐高温隔热涂料适应性好，对基材型面复杂程度无限制，可粘附在各种复杂型面的基材表面。
(5)本发明提供的高效耐高温隔热涂料性能好，可以同时满足温度、空间、重量要求，解决航空航天领域热防护空间小、重量要求高、隔热要求高的问题。
(6)本发明提供的高效耐高温隔热涂料应用范围广，可应用于工业窑炉、冶金、热网管路、航空航天等领域，尤其适合于作为飞行器的内隔热材料使用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面提供了一种高效耐高温隔热涂料，所述隔热涂料包括硅橡胶胶粘剂和隔热填料；
所述硅橡胶胶粘剂和隔热填料的质量比为100∶(30-80)，例如为100∶(40、50、60或70)。本发明人发现，如果所述硅橡胶胶粘剂的比例过大或者过小，都无法同时满足低密度、低热导率和高剥离强度等性能要求。
在一些优选的实施方式中，所述高效耐高温隔热涂料还可以根据具体情况添加稀释剂，所述稀释剂与硅橡胶胶粘剂的质量比为1∶(1-4)，例如为1∶2或1∶3。更优选的是，所述稀释剂为环己烷、丙酮、丁酮或汽油等，最优选为环己烷。
优选的是，所述硅橡胶胶粘剂选自KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂、KH-CL-RTV-2硅橡胶胶粘剂、KH-RTV-400耐高温硅橡胶粘接密封剂、KH-CL-RTV-1室温硫化硅橡胶胶粘剂、KH-CP-RTV-硅橡胶密封剂中的一种。
在一些优选的实施方式中，所述硅橡胶胶粘剂为KH-RTV-400硅橡胶胶粘剂。更优选的是，所述高效耐高温隔热涂料还包括稀释剂，例如环己烷。进一步优选的是，所述硅橡胶胶粘剂、隔热填料和所述稀释剂的质量比为100∶50∶300。进一步优选的是，所述高效耐高温隔热涂料采用包括如下步骤的方法制得：(1)称取100重量份KH-RTV-400硅橡胶胶粘剂，添加300重量份环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；(2)添加50重量份空心玻璃微珠，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得所述高效耐高温隔热涂料。
在一些优选的实施方式中，所述隔热填料选自玻璃空心微珠、气凝胶粉、气相二氧化硅、硅酸铝空心微珠、氧化铝空心微珠中的一种或多种。
本发明人发现，采用上述特定的硅橡胶胶粘剂与隔热填料并采用特定的质量比，可以制得同时具有低密度、低热导率和高剥离强度等性能要求。
在一些优选的实施方式中，所述高效耐高温隔热涂料的密度为0.25g/cm3～0.45g/cm3(例如为0.35g/cm3)；所述高效耐高温隔热涂料的导热系数小于0.045W/(m·K)(例如为小于0.038W/(m·K)、小于0.035W/(m·K)；所述高效耐高温隔热涂料耐温的温度为350℃～450℃(例如为400℃)。
本发明第二方面提供了一种高效耐高温隔热涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)提供硅橡胶胶粘剂；
(2)将隔热填料和可选的稀释剂添加到所述胶粘剂溶液中，搅拌均匀，得到所述高效耐高温隔热涂料。
本发明第三方面提供了一种高效耐高温隔热涂料的涂覆方法，所述涂覆方法为喷涂法或刷涂法。
在一些优选的实施方式中，所述喷涂法包括如下步骤：
(1)清洁：将待涂覆的基材进行清洁，使其表面干净；
(2)涂料喷涂：将所述高效耐高温隔热涂料喷涂在清洁后的基材表面，其中所述稀释剂与硅橡胶胶粘剂的质量比为1∶(2-4)；
(3)固化：将喷涂好的产品在室温～70℃(例如为30、40、50或60℃)静置48h以上(例如60或72h以上)。
在一些优选的实施方式中，所述喷涂的喷涂压力可以为0.3至0.7MPa，例如为0.5MPa，喷涂次数可以为40至60遍(例如50遍)，喷制的涂层的厚度可以为1至3mm厚，例如为2mm厚。
在另一些优选的实施方式中，所述刷涂法包括如下步骤：
(1)清洁：将待涂覆的基材进行清洁，使其表面干净；
(2)涂料刷涂：将所述高效耐高温隔热涂料刷涂在清洁后的基材上，其中所述稀释剂与硅橡胶胶粘剂的质量比为1∶(1-2)；
(3)固化：将刷涂好的产品室温静置48h以上(例如60或72h以上)，或者50℃～70℃(例如60℃)静置24h以上(例如36、48或72h或以上)。
在另一些优选的实施方式中，通过刷涂得到的所述涂层的厚度为1至3mm，例如为2mm。
实施例
下文通过实施例对本发明进行进一步的说明，但是这些实施例仅出于举例说明目的，本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
(1)称取1000g KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂，添加1800g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(2)添加300g空心玻璃微珠，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料。
将所制备得到的高效耐高温隔热涂料装入喷壶中，连接压缩空气管路调节压力为0.5MPa，将涂料喷涂于2mm清理干净的厚金属板表面，喷涂50遍得到隔热涂层厚度约为2mm，将喷涂好的产品室温静置48h。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.39g/cm3，石英灯400℃/1000s加热256.1℃，石英灯400℃/1800s加热297.9℃。
实施例2
(1)称取1000gKH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂，添加3000g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(2)添加500g空心玻璃微珠，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料。
将所制备的高效耐高温隔热涂料装入喷壶中，连接压缩空气管路调节压力为0.5MPa，将涂料喷涂于2mm清洁干净的厚金属板表面，喷涂50遍得到隔热涂层厚度约为2mm，将喷涂好的产品室温静置48h。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.33g/cm3，石英灯400℃/1000s加热194.3℃，石英灯400℃/1800s加热271.6℃。
实施例3
(1)称取1000g KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂；
(2)添加1000g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(3)添加500g空心玻璃微珠，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料；
将所制得的高效耐高温隔热涂料刷涂于2mm厚清洁干净的金属板表面，喷涂厚度约2mm，将刷涂好的产品室温静置48h。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.35g/cm3，石英灯400℃/1000s加热189.5℃，石英灯400℃/1800s加热261.3℃。
实施例4
(1)称取1000g KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂；
(2)添加1600g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(3)添加800g空心玻璃微珠，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料；
将高效耐高温隔热涂料刷涂于2mm厚金属板表面，喷涂厚度约2mm。将刷涂好的产品室温静置48h。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.25g/cm3，石英灯400℃/1000s加热156.5℃，石英灯400℃/1800s加热222.4℃。
实施例5
(1)称取1000g KH-CL-RTV-2硅橡胶胶粘剂；
(2)添加3000g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(3)添加500g空心玻璃微珠，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料；
将高效耐高温隔热涂料装入喷壶中，连接压缩空气管路调节压力为0.5MPa，将涂料喷涂于2mm厚金属板表面，喷涂50遍得到隔热涂层厚度约为2mm。将喷涂好的产品室温静置48h以上。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.33g/cm3，石英灯350℃/1000s加热168.6℃，石英灯400℃/1800s加热246.5℃。
实施例6
(1)称取1000g KH-RTV-400硅橡胶胶粘剂；
(2)添加3000g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(3)添加500g空心玻璃微珠，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料；
将高效耐高温隔热涂料装入喷壶中，连接压缩空气管路调节压力为0.5MPa，将涂料喷涂于2mm厚金属板表面，喷涂50遍得到隔热涂层厚度约为2mm。将喷涂好的产品室温静置48h。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.33g/cm3，石英灯400℃/1000s加热193.7℃，石英灯400℃/1800s加热272.8℃，石英灯450℃/1000s加热260.5℃。
实施例7
(1)称取1000g KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂；
(2)添加3000g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(3)添加500g气凝胶粉，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料；
将高效耐高温隔热涂料装入喷壶中，连接压缩空气管路调节压力为0.5MPa，将涂料喷涂于2mm厚金属板表面，喷涂50遍得到隔热涂层厚度约为2mm。将喷涂好的产品室温静置48h以上。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.30g/cm3，石英灯400℃/1000s加热152.8℃，石英灯400℃/1800s加热211.3℃。
实施例8
(1)称取1000g KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂；
(2)添加4000g环己烷稀释剂，使用机械搅拌器在1000rpm下搅拌5min，形成均匀的胶粘剂溶液；
(3)添加500g气相二氧化硅，使用机械搅拌器在100rpm下搅拌2min，然后在500rpm下搅拌15min以混合均匀，获得高效耐高温隔热涂料。
将高效耐高温隔热涂料装入喷壶中，连接压缩空气管路调节压力为0.5MPa，将涂料喷涂于2mm厚金属板表面，喷涂50遍得到隔热涂层厚度约为2mm。将喷涂好的产品室温静置48h以上。
经检测，该高效耐高温隔热涂料密度0.33g/cm3，石英灯400℃/1000s加热179.8℃，石英灯400℃/1800s加热250.7℃。
实施例9至10
采用与实施例1基本相同的方式进行，不同之处在于，采用表1所示的胶粘剂和填料的比例。
实施例11
采用与实施例1基本相同的方式进行，不同之处在于采用硅橡胶GD414代替KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂。但是发现，其最高耐温仅为200℃。
Figure BDA0003310038760000121
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高效耐高温隔热涂料，其特征在于：所述隔热涂料包括硅橡胶胶粘剂和隔热填料；
所述硅橡胶胶粘剂和隔热填料的质量比为100:(30-80)。
2.根据权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于：所述高效耐高温隔热涂料还包括稀释剂，所述稀释剂与硅橡胶胶粘剂的质量比为1：(1-4)。
3.根据权利要求2所述的隔热涂料，其特征在于：所述稀释剂为环己烷、丙酮、丁酮或汽油。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的隔热涂料，其特征在于：所述硅橡胶胶粘剂选自KH-HP-RTV硅橡胶胶粘剂、KH-CL-RTV-2硅橡胶胶粘剂、KH-RTV-400耐高温硅橡胶粘接密封剂、KH-CL-RTV-1室温硫化硅橡胶胶粘剂、KH-CP-RTV-硅橡胶密封剂中的一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的隔热涂料，其特征在于：所述隔热填料选自玻璃空心微珠、气凝胶粉、气相二氧化硅、硅酸铝空心微珠、氧化铝空心微珠中的一种或多种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的隔热涂料，其特征在于：
所述高效耐高温隔热涂料的密度为0.25g/cm3～0.45g/cm3；
所述高效耐高温隔热涂料的导热系数小于0.045W/(m·K)；
所述高效耐高温隔热涂料耐温的温度为350℃-450℃；
在400℃的剥离强度为不小于0.15kN/m；和/或室温室温剥离强度不小于1.0kN/M；和/或
在400℃考核1800s的背温为300℃以下。
7.一种高效耐高温隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)提供硅橡胶胶粘剂；
(2)将隔热填料和可选的稀释剂添加到所述硅橡胶胶粘剂溶液中，搅拌均匀，得到所述高效耐高温隔热涂料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述高效耐高温隔热涂料为权利要求1至6中任一项所述的隔热涂料。
9.一种高效耐高温隔热涂料的涂覆方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)清洁：将待涂覆的基材进行清洁，使其表面干净；
(2)涂料喷涂：将所述高效耐高温隔热涂料喷涂在清洁后的基材表面，其中所述稀释剂与硅橡胶胶粘剂的质量比为1：(2-4)；
(3)固化：将喷涂好的产品在室温～70℃静置48h以上。
10.一种高效耐高温隔热涂料的涂覆方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)清洁：将待涂覆的基材进行清洁，使其表面干净；
(2)涂料刷涂：将所述高效耐高温隔热涂料刷涂在清洁后的基材上，其中所述稀释剂与硅橡胶胶粘剂的质量比为1：(1-2)；
(3)固化：将刷涂好的产品室温静置48h以上，或者在50℃～70℃静置24h以上。
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