一种耐高温隔热涂料的性能检测

1 引言
用涂料来保温隔热其工艺相对简单,操作方便,特别在一些时间短而又是一次性需要保温隔热的产品上多有使用,此类涂料一般都是根据产品的实际需要来选择涂料或针对需要而研制的。有机硅树脂是一种耐热树脂,其耐热温度在短时间内可达到近1 000 ℃,用丙烯酸树脂对其进行改性,使其具有丙烯酸树脂的耐候性、保光性、常温固化性等特点,又具有有机硅树脂的耐高温性能,选择好隔热的填(颜)料,以此研制了一种在800 ℃左右环境下使用的保温隔热涂料,保温隔热2 min 后的温度可控制在200 ℃以内。然而在实际使用中,由于需要保护的产品对耐高温隔热涂料的技术要求经常随产品的需求而有所变化,针对实际使用情况需要对耐高温隔热涂料进行改进。

2 耐高温隔热涂料的配料选择
2.1 树脂、填(颜)料的选择
树脂选用丙烯酸改性有机硅树脂,所选树脂具备在850 ℃左右条件下保持200 h 不改变其基本性能的特征,除具有耐候性、保光性、耐高温性等优点外,耐热性能得到了提高。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,确定选用中空陶瓷微珠、石棉粉、气相二氧化硅等具有低导热、高耐热特点的主要填(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。

2.2 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,在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。

2.3 基本配料组成
A 组分基本配料组成见表1。

B 组分为TDI 类固化剂。
A 组分∶B 组分=10∶3。

3 基本性能测试
基本性能检测结果见表2。

耐热性的检测方法:检测样基材选用1 mm 的钢板,经除油除锈处理后喷涂或刷涂制备样板(两面及四周均涂覆涂料),固化后涂层厚度为0.05 ~ 0.10 mm;用带温度显示的马弗炉或其它高温设备(温度范围0 ~1 000 ℃)作热源,将固化好的样板在常温时放入高温设备中,启动设备加温至900 ℃,保持15 min 后取出样板,冷却,目测涂层表面。要求涂层不起泡、不起层、不脱落。

4 隔热温度检测
4.1 样板的制备及处理
基材选用铝镁合金板,厚度为(1.20 ± 0.15)mm,外形尺寸100 mm × 100 mm,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,最终使涂层厚度达到1.0 mm 以上,室温施工,常温固化24 h以上或120 ℃下烘4 h,使涂层完全固化(实干)。

4.2 检测仪器
仪器:秒表、表面温度测试仪(0 ~ 1 000 ℃)。
加热热源:用电阻炉(1 000 ~ 3 000 W)作加热热源,炉口用隔热砖改造成为上口尺寸:65 mm × 65 mm、下口尺寸:130 mm × 130 mm、高(65±5)mm 的加热通道,下口紧贴电阻炉,上口用合金钢板(尺寸:70 mm ×70mm× 1.5 mm)覆盖。

4.3 环境要求
环境温度:(25±5)℃;测试环境不得有流动空气。

4.4 隔热性的测定
⑴热源标定:启动电阻炉后,设定初控温度,用表面温度测试仪测试合金钢板的表面温度,调控电阻炉使其保证合金钢板的表面温度在(850±10)℃内(记作T0),保持5 min 以上。
⑵背温(隔热温度T1)的测定:将样板的涂层面面向热源通道,同时推开合金钢板,最终使样板完全盖住加热通道,用表面温度测试仪检测样板表面中心位置的温度,用秒表记录加热时间(记录120 s 时样板的表面温度T1)。
⑶重复标定热源:重复⑴和⑵的操作,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)℃],若超出(850±10)℃应重新标定和检测。

4.5 检测结果
检测结果见表3 ~ 4。


5 实用检测
⑴850 ℃/3 min 保温隔热实用:某产品在2 min 内会产生超过800 ℃的高温,需要设计隔热涂层保护,技术要求:高温T0=850 ℃,隔热2 min 后T1 不超过200℃,隔热3 min 后T1 不超过250 ℃,在产品上的实用检测结果见表5。

⑵850 ℃/(3+5)min 保温隔热实用:某产品分别在3 min 和5 min 内会产生800 ℃和600 ℃的二次高温,需要长达8 min 的隔热涂层保护。技术要求:高温T0=850 ℃,隔热10 min 后T1 不超过250 ℃,以此计算高温隔热涂层厚度需要2 mm 以上,但会引起涂层附着力下降,根据产品具体使用情况将高温隔热涂料与耐高温纤维等隔热材料制成类似隔热玻璃钢复合材料应用在产品上,其试用检测结果见表6(目前还在样板试用检测中)。

⑶680 ℃/4 min 保温隔热实用:某零件在4 min 内会产生超过680 ℃的高温,需要隔热涂层保护。隔热要求:高温T0 = 700℃,隔热4 min 后T1 不超过250 ℃,实用检测结果见表7。

⑷400 ℃/5 min 保温隔热实用:某元件在2 min 内会产生400 ℃左右的高温,进而影响相邻元件的检测情况,需要隔热涂层保护。隔热要求:高温T0 为400℃,隔热5 min 后T1 不超过200 ℃,过去采用聚氨酯泡沫塑料来隔热保护,实用中聚氨酯泡沫塑料常常被高温“烧焦”失效,经改用在聚氨酯泡沫塑料层与元件表面之间涂覆耐高温隔热涂料后,满足了元件的隔热要求,实用检测结果见表8。

6 结果讨论
⑴耐高温隔热涂料经改进设计后,其附着力、抗冲击性、柔韧性仍然达到了1 级、50 cm 和1 mm,而耐热温度明显提高,耐热900 ℃并保持15 min 后涂层基本无变化,适合于更高温环境的保温隔热要求。
⑵隔热涂料的隔热性在850 ℃、4 min 内隔热温度为290 ℃(隔热温差为560 ℃);700 ℃、5 min 内隔热温度为285 ℃(隔热温差为415 ℃)。隔热温差随涂层厚度的增加而增大,同时,相同涂层厚度的隔热温差随隔热时间的延长而减小,短时间隔热效果明显。同时,与聚氨酯泡沫塑料组合后可以满足隔热要求相对波动小的需要。
⑶耐高温隔热涂料可与其它隔热材料组合为复合隔热材料,应用范围更加广泛,这方面的运用还有待论证和开发。
⑷耐高温隔热涂料在产品上实用检测表明,根据产品需求采用不同的涂层厚度或隔热方式,完全能够满足产品的短期隔热保护需要。

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