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一種耐高溫抗光輻射的隔熱涂料設(shè)計(jì)探討

放大字體  縮小字體 http://www.ruiyunsheng.cn  發(fā)布日期:2014-12-20  來源:慧聰涂料網(wǎng)  作者:李志強(qiáng)  瀏覽次數(shù):336
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摘要:以抗輻射與耐高溫隔熱相結(jié)合的設(shè)計(jì)構(gòu)思,研制了一種耐高溫隔熱涂料,所得熱控涂層在850/5min內(nèi),隔熱溫度達(dá)到低于200℃,同時,涂層抗光熱輻射的半球發(fā)射率≥0.85。

關(guān)鍵詞:光熱輻射;熱傳導(dǎo);高溫隔熱涂料

隔熱是針對熱能的傳導(dǎo)、輻射及對流等方式采取的隔絕措施,在一些高溫環(huán)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(jìn)行隔熱防護(hù)的研究較多,已使用的耐高溫隔熱涂料作為某些產(chǎn)品的保溫隔熱涂層,其耐熱溫度在一定的時間內(nèi)超過1000℃,同時具有良好的隔熱效果。同樣地,關(guān)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(xué)轉(zhuǎn)化反射層、涂料反射層等。然而當(dāng)產(chǎn)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(jié)合的設(shè)計(jì)構(gòu)思,將高溫隔熱涂層與抗光熱輻射層結(jié)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(zhì)通常選擇耐熱溫度高的有機(jī)或無機(jī)樹脂,根據(jù)保溫隔熱性能和抗輻射性能的要求選擇組合,并運(yùn)用不同的填(顏)料,達(dá)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(jī)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(yōu)良。

    經(jīng)粒度、熱遷移及吸熱理論計(jì)算并結(jié)合樹脂相變、固化反應(yīng)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(dǎo)熱、高耐熱特點(diǎn)的填(顏)料組合。用環(huán)氧樹脂來改善主體樹脂的工藝性,同時,以施工特點(diǎn)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(jié)合涂料體系分析,保溫隔熱涂料配方設(shè)計(jì)時選擇了復(fù)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(jī)硅改性丙烯酸樹脂,57%;環(huán)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)=103。

    2·熱控涂層的基本性能

    熱控涂層的基本性能檢測結(jié)果見表1。


涂料基本性能檢測結(jié)果

    注:檢測樣基材選用1mm的鋼板,經(jīng)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(shè)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(shè)備中,啟動設(shè)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±0.15mm,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(jìn)行下次涂覆,最終使涂覆層厚度達(dá)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(shù)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±5mm],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(zhuǎn)接器上轉(zhuǎn)接到溫度數(shù)字顯示器上,用溫度控制器調(diào)節(jié)電阻爐內(nèi)溫度。

    3.3 環(huán)境要求

    環(huán)境溫度:(25±5)℃;測試環(huán)境不得有流動空氣。

    3.4 隔熱性的測定

    1)熱源標(biāo)定:啟動電阻爐后,設(shè)定控制溫度,用合金鋼板來檢測爐口溫度,調(diào)控電阻爐溫度,使其保證合金鋼板的表面溫度在(850±10)℃內(nèi)(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(fù)標(biāo)定熱源:重復(fù)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(yīng)在T0范圍內(nèi)[不超過(850±10)℃],否則應(yīng)重新標(biāo)定和檢測。

    3.5 檢測結(jié)果

    檢測結(jié)果見表2


隔熱溫度T1的檢測結(jié)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(biāo)以半球發(fā)射率為參照,其半球發(fā)射率≥0.85(實(shí)際檢測值為0.9)。

    5·結(jié)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(jié)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(jī)硅改性的丙烯酸樹脂,旨在減少樹脂中的CO結(jié)構(gòu)(如COC、C=O、OH等)等吸熱基團(tuán),使其被SiO結(jié)構(gòu)所代替,增強(qiáng)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。


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(jī)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(diǎn)。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(dǎo)熱、高耐熱特點(diǎn)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(nèi)部傳導(dǎo),閉孔“泡沫”形成的低熱傳導(dǎo)率氣體減緩了熱量的傳導(dǎo)速率,填料組合后實(shí)際檢測其導(dǎo)熱系數(shù)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(qiáng)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(diǎn),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(jī)械性能。

    6·結(jié)語

    研制的耐高溫隔熱涂料,具有抗熱傳導(dǎo)和抗光熱輻射性能,以及良好的絕熱性能,應(yīng)用前景廣闊。

    參考文獻(xiàn)

    [1]王科林,徐娜.太陽熱反射隔熱涂層及其發(fā)展趨勢[J.現(xiàn)代涂料與涂裝,200902):19-23.

    [2]李志強(qiáng).淺談中空填料在耐高溫隔熱涂料中的運(yùn)用[J.上海涂料,201011):25-27.

    [3]李志強(qiáng).一種耐高溫隔熱涂料的性能檢測[J.現(xiàn)代涂料與涂裝,201008):30-31,36.

 
 
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