摘要：以抗辐射与耐高温隔热相结合的设计构思，研制了一种耐高温隔热涂料，所得热控涂层在850℃/5min内，隔热温度达到低于200℃，同时，涂层抗光热辐射的半球发射率≥0.85。
关键词：光热辐射；热传导；高温隔热涂料
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1000℃，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
1.1 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20h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。
1.2 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。
1.3 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。
表1 涂料基本性能检测结果
注：检测样基材选用1mm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0.05~0.1mm；用带温度显示的马弗炉或其它高温设备（温度范围0~1000℃）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15min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
3.1 样板的制备及处理
基材选用铝镁合金板，厚度为（1.2±0.15）mm，外形尺寸100mm×100mm，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1.0mm以上，室温施工，常温固化24h以上或120℃下烘4h，使涂层完全固化。
3.2 检测仪器
仪表：秒表、PT-100热电阻、温度数字显示器（0~1000℃）。
加热热源：用带温度控制器的电阻炉（1000~3000Ｗ）作加热热源，炉口用隔热材料改造成为上口尺寸：65mm×65mm、下口尺寸：130mm×130mm的加热通道［通道高（65±5）mm］，下口紧贴电阻炉，上口用合金钢板（70mm×70mm×1.5mm）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。
3.3 环境要求
环境温度：（25±5）℃；测试环境不得有流动空气。
3.4 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（850±10）℃内（记作T0），保持5min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5min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（850±10）℃］，否则应重新标定和检测。
3.5 检测结果
检测结果见表2。
表2 隔热温度T1的检测结果
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≥0.85（实际检测值为0.9）。
5·结果讨论
5.1 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C—O结构（如C—O—C、C=O、O—H等）等吸热基团，使其被Si—O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。
表3 不同树脂反射涂层的太阳光热吸收率
由表3可见：丙烯酸树脂对太阳光热的吸收率仅为0.24，而用有机硅改性后则为0.19，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20h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%。
5.2 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0.2W/（m·K），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。
参考文献
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