一种耐高温抗光辐射的隔热涂料设计探讨

data-full-width-responsive="true"> 隔热是针对热能的传导、辐射及对流等方式采取的隔绝措施，在一些高温环境下以热控涂层来控制热量的传递，特别是用高温隔热涂料来进行隔热防护的研究较多，已使用的耐高温隔热涂料作为某些产品的保温隔热涂层，其耐热温度在一定的时间内超过1 000℃，同时具有良好的隔热效果。同样地，关于抗光热辐射的特种涂料的研究也很多，分别针对不同的抗辐射需要，采用不同的抗辐射涂层，比如抛光反射层、化学转化反射层、涂料反射层等。然而当产品既需要高温隔热又要抗光热辐射时，就要采用抗辐射与耐高温隔热相结合的设计构思，将高温隔热涂层与抗光热辐射层结合起来，使之能同时起到抗光热辐射和耐高温隔热的作用。涂料的成膜物质通常选择耐热温度高的有机或无机树脂，根据保温隔热性能和抗辐射性能的要求选择组合，并运用不同的填（颜）料，达到保温隔热和抗辐射目的。1 热控涂层涂料的基本组成11 树脂、填（颜）料的选择选用有机硅改性的丙烯酸树脂，其具备在850℃左右温度条件下保持20 h 以上不改变其基本性能的特征，耐候性、保光性、耐高温性优良。经粒度、热迁移及吸热理论计算并结合树脂相变、固化反应体系分析后，确定选用中空陶瓷（玻璃）微珠、钛白粉、云母粉等具有低导热、高耐热特点的填（颜）料组合。用环氧树脂来改善主体树脂的工艺性，同时，以施工特点确定固化剂。12 阻燃剂、稀释剂的选用为了保证涂料体系的有效性，选用阻燃剂是必要的，结合涂料体系分析，保温隔热涂料配方设计时选择了复合阻燃剂。稀释剂用特配的专用稀释剂。13 基本配料组合有机硅改性丙烯酸树脂，57% ；环氧树脂，7% ；中空陶瓷微珠，11% ；钛白粉，7% ；石棉粉，4% ；云母粉，3% ；气相二氧化硅，3% ；其它功能组分，8% ；阻燃剂、功能助剂，适量；组合固化剂。m（基料）∶ m（固化剂）=10 ∶ 3。2 热控涂层的基本性能热控涂层的基本性能检测结果见表1。注：检测样基材选用1 mm 的钢板，经除油除锈处理后用喷涂或刷涂方法制备样板（两面及四周均涂覆涂料），固化后涂层厚度为005~01 mm ；用带温度显示的马弗炉或其它高温设备（温度范围0~1 000℃）作热源，将固化好的样板常温时放入高温设备中，启动设备升温至900℃，保持15 min 后取出样板，冷却，目测涂层表面。要求涂层：不起泡、不翘起、不脱落。3 热控涂层的隔热性能检测31 样板的制备及处理基材选用铝镁合金板，厚度为（12015）mm，外形尺寸100 mm100 mm，表面清洗除油、阳极化处理。用喷涂或刷涂的方法将涂料均匀地涂覆在基材的一面，一次涂覆后需要表干后再进行下次涂覆，最终使涂覆层厚度达到10 mm 以上，室温施工，常温固化24 h 以上或120℃下烘4 h，使涂层完全固化。32 检测仪器仪表：秒表、PT-100 热电阻、温度数字显示器（0~1 000℃）。加热热源：用带温度控制器的电阻炉（1 000~3 000 Ｗ）作加热热源，炉口用隔热材料改造成为上口尺寸：65 mm65 mm、下口尺寸：130 mm130 mm的加热通道［通道高（655）mm］，下口紧贴电阻炉，上口用合金钢板（70 mm70 mm15 mm）覆盖。检测方法：将PT-100 热电阻两个探头的测试端固定在样板（或合金钢板）检测面的中心位置，另一端固定在转接器上转接到温度数字显示器上，用温度控制器调节电阻炉内温度。33 环境要求环境温度：（255）℃ ；测试环境不得有流动空气。34 隔热性的测定（1） 热源标定：启动电阻炉后，设定控制温度，用合金钢板来检测炉口温度，调控电阻炉温度，使其保证合金钢板的表面温度在（85010）℃内（记作T0），保持5 min 以上。（2） 背温（隔热温度T1）的测定：将检测样板涂有涂料层的一面面向热源通道，同时平行推开合金钢板，最终使样板完全盖住电阻炉口，将PT-100 热电阻的检测探头置于其中心位置，用秒表记录加热时间，记录5 min 时样板的表面温度T1。（3） 重复标定热源：重复上述（1）和（2）步骤，用合金钢板取代样板，检测合金钢板中心位置的温度T2，T2 值应在T0 范围内［不超过（85010）℃］，否则应重新标定和检测。35 检测结果检测结果见表2。4 热控涂层的抗光热辐射性能抗光热辐射性能的检测指标以半球发射率为参照，其半球发射率 085（实际检测值为09）。5 结果讨论51 主要树脂树脂作为成膜材料，其作用除了将功能材料与基材结合在一起外，本身需要有耐热和反射光热辐射的功能，采用有机硅改性的丙烯酸树脂，旨在减少树脂中的CO 结构（ 如COC、C=O、OH 等）等吸热基团，使其被SiO 结构所代替，增强树脂的耐热性能和降低树脂对太空光热辐射的吸收，各种树脂（以钛白粉为填料）对太阳热的吸收率见表3。由表3 可见：丙烯酸树脂对太阳光热的吸收率仅为024，而用有机硅改性后则为019，有较好的抗光热辐射能力。改性树脂在850℃左右温度条件下能保持20 h 以上不改变其基本性能，具有较好的耐候性、保光性、耐高温性等特点。其对太阳光热辐射的反射率大于80%。52 组合功能填料热控涂层的填料选择了中空陶瓷（玻璃）微珠、钛白粉、云母粉等具有低导热、高耐热特点的颜填料。中空陶瓷（玻璃）微珠在涂料固化后形成一道中空的球形屏障，就象一种微型的泡沫材料，而且是闭孔气泡，加热时热量由表及里向涂层内部传导，闭孔泡沫形成的低热传导率气体减缓了热量的传导速率，填料组合后实际检测其导热系数小于02 W/（mK），具有良好的保温隔热效果。中空陶瓷（玻璃）微珠以堆积密度低、耐高温、强度高、收缩率低、耐酸碱腐蚀及隔热、隔音、绝缘、吸水率低等特点，能明显提高热控涂层的保温隔热性、抗光热辐射性能，以及涂层的机械性能。6 结语研制的耐高温隔热涂料，具有抗热传导和抗光热辐射性能，以及良好的绝热性能，应用前景广阔。