李志強(航天科工集團梅嶺化工廠，貴州遵義563003)
摘要：以抗輻射與耐高溫隔熱相結合的設計構思，研制了一種耐高溫隔熱涂料，所得熱控涂層在850℃/5min內，隔熱溫度達到低于200℃，同時，涂層抗光熱輻射的半球發射率≥0.85。
關鍵詞：光熱輻射;熱傳導;高溫隔熱涂料
中圖分類號：TQ637.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-1696(2013)02-0046-03
隔熱是針對熱能的傳導、輻射及對流等方式采取的隔絕措施，在一些高溫環境下以熱控涂層來控制熱量的傳遞，特別是用高溫隔熱涂料來進行隔熱防護的研究較多，已使用的耐高溫隔熱涂料作為某些產品的保溫隔熱涂層，其耐熱溫度在一定的時間內超過1000℃，同時具有良好的隔熱效果。同樣地，關于抗光熱輻射的特種涂料的研究也很多，分別針對不同的抗輻射需要，采用不同的抗輻射涂層，比如拋光反射層、化學轉化反射層、涂料反射層等。然而當產品既需要高溫隔熱又要抗光熱輻射時，就要采用抗輻射與耐高溫隔熱相結合的設計構思，將高溫隔熱涂層與抗光熱輻射層結合起來，使之能同時起到抗光熱輻射和耐高溫隔熱的作用。
涂料的成膜物質通常選擇耐熱溫度高的有機或無機樹脂，根據保溫隔熱性能和抗輻射性能的要求選擇組合，并運用不同的填(顏)料，達到保溫隔熱和抗輻射目的。
1·熱控涂層涂料的基本組成
1.1 樹脂、填(顏)料的選擇
選用有機硅改性的丙烯酸樹脂，其具備在850℃左右溫度條件下保持20h以上不改變其基本性能的特征，耐候性、保光性、耐高溫性優良。
經粒度、熱遷移及吸熱理論計算并結合樹脂相變、固化反應體系分析后，確定選用中空陶瓷(玻璃)微珠、鈦白粉、云母粉等具有低導熱、高耐熱特點的填(顏)料組合。用環氧樹脂來改善主體樹脂的工藝性，同時，以施工特點確定固化劑。
1.2 阻燃劑、稀釋劑的選用
為了保證涂料體系的有效性，選用阻燃劑是必要的，結合涂料體系分析，保溫隔熱涂料配方設計時選擇了復合阻燃劑。稀釋劑用特配的專用稀釋劑。
1.3 基本配料組合
有機硅改性丙烯酸樹脂，57%;環氧樹脂，7%;中空陶瓷微珠，11%;鈦白粉，7%;石棉粉，4%;云母粉，3%;氣相二氧化硅，3%;其它功能組分，8%;阻燃劑、功能助劑，適量;組合固化劑。m(基料)∶m(固化劑)=10∶3。
2·熱控涂層的基本性能
熱控涂層的基本性能檢測結果見表1。
表1 涂料基本性能檢測結果
注：檢測樣基材選用1mm的鋼板，經除油除銹處理后用噴涂或刷涂方法制備樣板(兩面及四周均涂覆涂料)，固化后涂層厚度為0.05~0.1mm;用帶溫度顯示的馬弗爐或其它高溫設備(溫度范圍0~1000℃)作熱源，將固化好的樣板常溫時放入高溫設備中，啟動設備升溫至900℃，保持15min后取出樣板，冷卻，目測涂層表面。要求涂層：不起泡、不翹起、不脫落。
3·熱控涂層的隔熱性能檢測
3.1 樣板的制備及處理
基材選用鋁鎂合金板，厚度為(1.2±0.15)mm，外形尺寸100mm×100mm，表面清洗除油、陽極化處理。用噴涂或刷涂的方法將涂料均勻地涂覆在基材的一面，一次涂覆后需要表干后再進行下次涂覆，最終使涂覆層厚度達到1.0mm以上，室溫施工，常溫固化24h以上或120℃下烘4h，使涂層完全固化。
3.2 檢測儀器
儀表：秒表、PT-100熱電阻、溫度數字顯示器(0~1000℃)。
加熱熱源：用帶溫度控制器的電阻爐(1000~3000W)作加熱熱源，爐口用隔熱材料改造成為上口尺寸：65mm×65mm、下口尺寸：130mm×130mm的加熱通道[通道高(65±5)mm]，下口緊貼電阻爐，上口用合金鋼板(70mm×70mm×1.5mm)覆蓋。
檢測方法：將PT-100熱電阻兩個探頭的測試端固定在樣板(或合金鋼板)檢測面的中心位置，另一端固定在轉接器上轉接到溫度數字顯示器上，用溫度控制器調節電阻爐內溫度。
3.3 環境要求
環境溫度：(25±5)℃;測試環境不得有流動空氣。
3.4 隔熱性的測定
(1)熱源標定：啟動電阻爐后，設定控制溫度，用合金鋼板來檢測爐口溫度，調控電阻爐溫度，使其保證合金鋼板的表面溫度在(850±10)℃內(記作T0)，保持5min以上。
(2)背溫(隔熱溫度T1)的測定：將檢測樣板涂有涂料層的一面面向熱源通道，同時平行推開合金鋼板，最終使樣板完全蓋住電阻爐口，將PT-100熱電阻的檢測探頭置于其中心位置，用秒表記錄加熱時間，記錄5min時樣板的表面溫度T1。
(3)重復標定熱源：重復上述(1)和(2)步驟，用合金鋼板取代樣板，檢測合金鋼板中心位置的溫度T2，T2值應在T0范圍內[不超過(850±10)℃]，否則應重新標定和檢測。
3.5 檢測結果
檢測結果見表2。
表2 隔熱溫度T1的檢測結果
4·熱控涂層的抗光熱輻射性能
抗光熱輻射性能的檢測指標以半球發射率為參照，其半球發射率≥0.85(實際檢測值為0.9)。
5·結果討論
5.1 主要樹脂
樹脂作為成膜材料，其作用除了將功能材料與基材結合在一起外，本身需要有耐熱和反射光熱輻射的功能，采用有機硅改性的丙烯酸樹脂，旨在減少樹脂中的C—O結構(如C—O—C、C=O、O—H等)等吸熱基團，使其被Si—O結構所代替，增強樹脂的耐熱性能和降低樹脂對太空光熱輻射的吸收，各種樹脂(以鈦白粉為填料)對太陽熱的吸收率見表3。
表3 不同樹脂反射涂層的太陽光熱吸收率
由表3可見：丙烯酸樹脂對太陽光熱的吸收率僅為0.24，而用有機硅改性后則為0.19，有較好的抗光熱輻射能力。改性樹脂在850℃左右溫度條件下能保持20h以上不改變其基本性能，具有較好的耐候性、保光性、耐高溫性等特點。其對太陽光熱輻射的反射率大于80%。
5.2 組合功能填料
熱控涂層的填料選擇了中空陶瓷(玻璃)微珠、鈦白粉、云母粉等具有低導熱、高耐熱特點的顏填料。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，就象一種“微型”的泡沫材料，而且是“閉孔氣泡”，加熱時熱量由表及里向涂層內部傳導，閉孔“泡沫”形成的低熱傳導率氣體減緩了熱量的傳導速率，填料組合后實際檢測其導熱系數小于0.2W/(m·K)，具有良好的保溫隔熱效果。中空陶瓷(玻璃)微珠以堆積密度低、耐高溫、強度高、收縮率低、耐酸堿腐蝕及隔熱、隔音、絕緣、吸水率低等特點，能明顯提高熱控涂層的保溫隔熱性、抗光熱輻射性能，以及涂層的機械性能。
6·結語
研制的耐高溫隔熱涂料，具有抗熱傳導和抗光熱輻射性能，以及良好的絕熱性能，應用前景廣闊。
參考文獻
[1]王科林，徐娜.太陽熱反射隔熱涂層及其發展趨勢[J].現代涂料與涂裝，2009(02)：19-23.
[2]李志強.淺談中空填料在耐高溫隔熱涂料中的運用[J].上海涂料，2010(11)：25-27.
[3]李志強.一種耐高溫隔熱涂料的性能檢測[J].現代涂料與涂裝，2010(08)：30-31，36.