有机硅绝热涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 通常机械和电子元器件只有在常温( 10~ 30℃) 环境中才能正常工作。设备在运行过程中由于机械摩擦或燃烧等作用将产生大量的热能, 特别是在一些特殊行业, 温度可长时间达到2 000℃ 通过热传递, 元器件的环境温度升高,从而影响了元器件的正常运转。为了保证元器件的正常工作, 需要对其进行绝热处理。常用的处理方法是在一些容易发生热传递的金属表面涂刷耐热绝热涂料, 抑制和减缓热传递, 以控制元器件工作的环境温度。作为绝热涂料, 除应具有优良的绝热性能外, 还要求具有一定的力学性能、与金属材料间良好的粘接性, 同时要求具有良好的绝热性。涂料配方的设计主要是基材和功能添加剂的选择和用量。与其它高分子材料相比, 有机硅材料的硅氧键非常稳定, 具有更优异的长期耐热性和耐老化性能, 因此是绝热涂料的优选基材 。本实验以室温硫化( RTV) 硅橡胶为基材、60R 为固化剂, 比较了软木粉、温石棉粉、海泡石粉以及氧化锆粉等对绝热涂料性能的影响。1 实验11 主要原料及设备RTV 硅橡胶: RTV 585, 法国罗地亚公司;固化剂: 60R, 工业级, 法国罗地亚公司; 软木粉: 工业级, 杭州有机材料厂; 温石棉粉: 工业级, 四川西康石棉厂; 海泡石粉: 杭州余杭地质大队; 氧化锆粉: 工业级, 浙江化工研究院; 处理剂: M- 25, 工业级, 上海橡胶制品研究所。电子拉力机: 4050, 德国Instron 公司。12 涂料的配制将粉体填料过筛, 在120℃ 将100 gRTV 585、适量填料及2 g 60R 手工混合, 搅拌均匀, 抽真空除去气泡即可; 将配成的涂料涂刷在金属板材上; 同时浇注成2 mm 厚的试片, 在室温下硫化24 h 后测性能。13 性能测试有机硅涂料与金属的粘接性能以剥离强度表征, 按GB 2790- 1981 测试; 将硫化在金属板材上的有机硅材料切成20mm 宽的试片, 用拉力机进行反向( 180) 剥离, 拉伸速度为100 mm/min。拉伸强度和断裂伸长率: 按照GB/ T 528-1998 测试。绝热性能: 对涂有绝热涂料的金属板的金属面进行加热, 加热温度控制在800~ 850 ℃ , 加热时间为2 min; 然后, 用金属温度计测试停止加热后不同时间涂料表面的温度, 同时观察涂料的外观。2 结果与讨论21 填料种类对涂料绝热性能的影响在绝热涂料的配方设计中, 填料是关键性的功能性配合剂, 合适的填料可起到事半功倍的效果。表1 是填料种类对涂料绝热性能的影响。由表1 可知, 将试件在800~ 850下加热2min 后, 在停止加热的16 min 内, 以软木粉为填料制成的涂料表面的温度变化最小。由此可见,在软木粉、温石棉粉、海泡石粉及氧化锆粉几种填料中, 软木粉的绝热效果最好。由热力学可知, 热传递的主要方式是对流、辐射和传导。在涂料绝热过程中, 热源通过金属传递到涂料, 其主要传递方式是传导作用; 采用惰性填料时, 活性较低, 分子以及链段、基团等不易发生移动、旋转等过程, 从而抑制和降低了热传导。在所选用的材料中, 软木粉是有机纤维填料, 其组成都是非金属元素, 内部结构类似蜂窝, 呈比较规则的格子形态, 格子之间互不相通, 格子内部有一定量的气体, 热量不易传递; 因此绝热效果较好。温石棉粉和海泡石粉是无机纤维型填料, 能够吸收大量的热量, 绝热效果也较好; 但组成中存在大量的金属元素, 热能可以通过金属原子进行传递, 所以绝热效果比软木粉差些。氧化锆粉是金属氧化物, 也是通过吸收大量的热量起到绝热作用; 由于形态是粉状, 活性比较大, 同时金属原子之间易进行热量传导, 因此效果较差。所以首选软木粉作为绝热涂料的填料。22 软木粉用量对涂料性能的影响软木粉用量对绝热涂料性能的影响见表2、表3。表3 软木粉用量对涂料绝热性能的影响由表2、表3 可以看出, 随着软木粉用量的增加, 涂料的拉伸强度、断裂伸长率急剧下降,涂料与金属的粘接强度也大幅降低, 这表明软木粉与有机硅材料之间的相容性比较差; 但涂料的绝热性能却提高了, 当软木粉的用量在20 g 以上时, 涂料的表面温度可控制在30℃ 以下。因此, 综合考虑涂料的力学性能及绝热性能, 将软木粉的用量控制在20 g 为宜。23 表面处理方式对涂料与金属粘接性的影响涂料与金属之间的粘接是否良好直接影响到涂料能否长期使用; 同时, 弱粘接也会影响涂料的绝热效果。因此根据粘接理论, 对粘接界面进行了多种形式的处理, 结果见表4。由表4 可以看出, 有机硅材料与金属材料具有一定的粘接强度, 通过对金属表面进行喷砂除锈、除氧化铍表面处理, 并用有机溶剂除去油脂后, 可提高涂料与金属的粘接强度; 但粘接强度仍较低, 破坏形式在界面, 这不利于长期使用。从粘接机理和材料的分子结构看, RTV 硅橡胶与金属之间没有化学键的作用, 只存在一些范德华力, 所以较低的粘接强度不能满足实际应用的需要; 采用偶联剂对金属表面进行处理, 使金属与有机硅材料之间形成比较牢固的化学键合, 可大大提高涂料与金属的粘接强度, 且破坏方式由界面破坏变为内聚破坏, 即涂料本体出现破坏。因此采用喷砂+ 清洗+ 偶联剂的表面处理模式, 可较大程度提高涂料与金属之间的粘接强度, 满足使用要求。3 结论以RTV 585 硅橡胶为基材、软木粉为填料、60R 为固化剂, 配比为100 g RTV 585、2 g 60R、20 g 软木粉, 可制得绝热性能良好的涂料, 采用喷砂+ 清洗+ 偶联剂表面处理模式, 可以大大提高涂料与金属之间的粘接性能。