涂料隔热的方式分为阻隔热传导、热对流、热辐射三类,因而研发主要从这三方面着手,力求研制生产复合型多功能保温涂料。保温效果良好的涂料一般是两种或多种隔热机理协同作用的结果。本课题主要从选择基料及填料两方面入手,进行配方优化,从保温涂料结构上对其进行研究。经国家建筑材料测试中心进行检测,本涂料的各项指标如表1所示。
本涂料已大量应用于反应釜、贮油罐、地下管道等方面,该涂料可采用刷涂、辊涂等方法施工,涂装方法简单,可节省大量的人力,财力。
表1 涂料检测结果
1实验
1.1成膜物质的选择
本涂料以环氧改性有机硅树脂为成膜物质,有机硅树脂是耐热涂料常用的一类基料[1],通过在有机硅聚合物的分子主链端基和侧链上引入环氧基团,将两者的优良性能合为一体,弥补了各自的缺陷,可室温或低温固化。具有耐高温、柔韧性好,且涂层光泽较高,提高了涂层的反射功能。因而不仅提高耐热性,而且具有良好的防腐性。
1.2填料的选择
由于有机硅树脂耐温最高可达300℃,因而需要选择合适的填料进行匹配。选择填料首先考虑其耐高温性、保温、辐射及反射能力[2]。保温材料一般选用中空型、热阻大的材料。并且为使涂料在高温下具有较好的防腐性能,涂料中需引入一些特殊的物质,使得涂料在高温状态下形成一层致密层。为此,引入了陶瓷材料,陶瓷材料在高温下陶瓷化,使得涂料与底材接触处形成硅化层,达到防腐目的。陶瓷填料也具有良好的反射性与辐射性,折光系数、表面光洁度、热反射率及
辐射率。陶瓷层的耐热冲击性能还与涂层与基体间的界面结合强度有关。涂层与基体界面处有一过渡层。金属基体和涂层在热硬化时由于晶格振动而发生了原子的相互扩散,在涂层与基体之间形成了一个渐变界面。这种界面层是由金属原子和非金属原子形成的溶体构成。过渡层中各成分含量:Al19103%、Si58114%、Fe8132%、Cr2115%、P12136%。涂层与基体间发生的原子相互扩散所形成的过渡层有利于增强涂层与基体间的界面结合强度。金属基陶瓷涂层材料中,陶瓷涂层与金属基体之间除了原子和分子范围内的微观作用外,还存在宏观结合———机械联锁[3]。由于在金属基体表面存在一些微观的凹凸,甚至还有微孔或裂缝。涂覆过程中,涂层材料进入凹凸或微孔中,其效果如同往基体中钉入钉子一样,增大了接触面积,锁扣效应增强,使附着力增加。同时涂层嵌入基体的复杂形状能借助负载传递,使涂层受到的应力部分转移到基体上,涂层的附着力得到提高。各项性能参数如表2所示。
表2 加入填料后涂料的各项性能
选用玻璃体的二氧化硅,材料的分子结构及其化学成分对导热系数的影响很大。材料的分子结构不同,导热系数也不同,玻璃体物质的导热系数小,晶体的导热系数大。0℃时晶体二氧化硅的导热系数是8197W/(m·K),而玻璃体的二氧化硅的导热系数是1138W/(m·K)。因此通过加入类似于玻璃体式的二氧化硅材料,得到导热系数较低的涂料[4]。
对于各向异性材料(如木材等纤维材料),当热流与纤维延伸方向平行时,热流受到的阻力小;而热流垂直于纤维延伸方向时,受到的阻力最大。因而在涂料中,加入适量长纤维制品,可以增大热流受到的阻力。
加入适量的磷酸锌,磷酸锌与环氧改性的有机硅中的羟基发生反应,生成络合物,而这种络合物能与腐蚀产物发生反应,在底材表面上形成紧密附着的保护膜,从而保护金属基底不被腐蚀,即增强涂层的耐水性和附着力。
根据以上的研究表明,并对所选择的材料进行配比调整,小试。最后得到较为合适的配方,见表3。
表3 涂料配方
在219管道外进行测试,管道外部涂覆了1.5mm厚该涂料,隔热测试结果如表4所示。
表4 测试结果
涂层在低温下可以单独作为耐高温隔热防腐涂料使用。在超过500℃高温下,涂层内部形成蜂窝状,底层是致密的保护层,从而达到优异的隔热效果。涂层结构图如图1所示。
图1 涂层结构图
从图1中可以看出,涂层内部具有大量孔隙,可以降低材料的导热系数。材料的导热系数不仅与孔隙率有关,而且还与孔隙的大小和特征有关。在孔隙率相同的条件下,孔隙尺寸越大,导热系数越大;孔隙相互联通比封闭而未连通的导热系数要高。
1.3助剂的选择
选择助剂应考虑树脂或及填料的性能,使其具有相应的防沉、改善流变性等作用。防沉剂选用杭州临安的F118,流平剂采用安特罗菲特殊化学品有限公司的KP412。这两种助剂很适合有机硅体系,二丁酯起增塑作用。
1.4涂层
涂膜厚度与其隔热效果之间的关系图如图2所示。
图2 涂层厚度与隔热效果关系图
由图2可知,涂层在1.5mm处具有较好的隔热效果。如实际情况中需有更高保温效果,应与其他保温涂料配合使用。
2结语
(1)该涂料选用环氧有机硅树脂作为成膜物质,使得涂料具有较好的耐热性及柔韧性。
(2)选用金属基陶瓷填料,使得基材与涂料间存在着宏观结合——机械联锁,使得涂层附着力好。并且使得涂层与基材之间形成致密的过渡层,使得涂料防腐性能较好。
(3)选用导热系数较低的玻璃体二氧化硅,增强涂层的隔热性能。
(4)在不影响涂料的耐温性前提下,加入适量的磷酸锌,增强涂层附着力。
(5)涂层在1.5mm时具有较好的隔热效果。
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