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耐高温涂料发展趋势

时间:2020-03-11 15:11:02  来源:  作者:

 国外关于有机硅耐高温涂料的研究始于20世纪40年代,经过70多年的发展,已经建立起比较齐全的有机硅耐热涂料研发体系,制备的耐高温涂料广泛地应用于航空发动机、热交换器、汽车消音器、锅炉燃烧器、石油裂解管道等高温部件表面,其中美国的道康宁公司(Dow-Corning CO.)和通用电气公司(GE CO.)在这方面的研究一直走在世界前列。Dow-Corning 公司曾以DC-805DC-806两种树脂为基料,配以若干添加剂,制备出可耐1371℃的高温涂料,应用于航天飞机的发动机表面。丹普尼公司将有机硅树脂和玻璃陶瓷进行复合,制备了Thurmalox绿色环保型耐热涂料,应用于Inland公司的热反射炉喷射器上,480760℃的高温下使用三年,膜层无脱落,表现出较好的耐高温腐蚀性。日本龟田化学工业社用有机硅树脂和硅酸盐类高温粘合剂进行复合,并添加铝粉、玻璃陶瓷料,制备的涂层在800℃高温下工作100h,附着力仍保持100%,广泛应用于电气、航天、电子仪器、石油裂解炉等工业领域。国外在复合耐热涂料方面的研究已经从简单的有机-无机体系物理冷拼转移到化学复配工艺。埃及科学家Roussi等利用溶胶-凝胶法制备了PEI-SiO2耐高温防腐涂层,该涂层不仅具有良好的耐热性,在高温烧蚀后还能对表层进行自我修复。我国耐热涂料产品的研发始于1952年,早期发展缓慢,应用有限。从20世纪80年代开始,耐热涂料在航天、汽车、化工等领域逐渐获得广泛应用,国内科学家关于耐高温涂料的研究不断取得新的进展。赵珂等以特种有机硅树脂为基料,添加合适的颜填料,制备出的有机硅耐高温涂料系列产品已经成功应用于神舟飞船系列载人火箭项目,在恶劣的航天环境中表现出优异的耐高温性和电绝缘性。王海侨等以甲基苯基硅树脂为基料,以硅酮树脂作为固化剂,选用烧蚀转化型颜填料,实现高温下的二次成膜,得到了耐700℃的耐高温涂料,这是采用纯有机硅树脂交联固化、在高温下与无机填料反应以提供防护作用的典型案例。在复合涂料方面,何岩等利用甲基三甲氧基硅烷和水性硅溶胶复合成膜,并添加了云母粉、磷酸硼、二氧化钛、铁红等颜填料,涂料在800℃高温下具有良好的抗热性和抗氧化性,还表现出较好的耐化学腐蚀性。无机涂料的研究主要体现在磷酸盐和硅酸盐方面,傅敏等以水溶性聚磷酸盐为成膜物,加入CuO作为固化剂,并添加多种功能性填料制得了无铬环保磷酸盐基耐高温防腐涂料,在900℃高温条件下漆膜保持完好。以水溶性硅酸作为成膜物质成为研究的热点,国产C-2 型粘接剂以白色水基糊状硅铝酸为基料,制备的涂层耐温限度突破1300℃,并且耐有机溶剂、油、水和氢氟酸以外的各种强酸的腐蚀。早期的耐热涂料以无机类为主,主要是因为无机耐热产品原料丰富、价格便宜、绿色无污染,而且耐高温性能好。但是在使用过程中也存在以下问题:1)漆膜较脆,涂层的韧性差,在高温下易开裂;2)涂膜完全固化前的耐水性不好;3)粘结性能差;4)对基材的处理要求较严格,在一定程度上限制了其应用范围。有机类涂料产品的诞生,极大地拓展了耐热涂料的使用范围,与无机类涂料相比,有机涂料的韧性佳、附着力更好,存在的问题主要有:1)大部分有机涂料溶剂为油性产品,挥发后对环境污染严重;2)耐温限度较低,目前有机硅树脂涂料一般耐热温度为700℃,少数耐超高温的有机涂料也仅限于航天领域应用,造价昂贵;3)涂层机械强度低,耐磨性能差;4)需要高温(150200℃)烘烤固化,成膜困难。为了解决有机、无机类涂料产品在使用过程中存在的问题,使二者性能互补,有机-无机复合耐高温涂料应运而生。在保持涂料耐高温性能的同时,其较好地提升了涂料的其他综合性能,如粘结性、耐磨性和机械强度等,但是该类产品存在有机组分和无机组分之间的相容性问题,无机组分溶液的pH值对有机树脂或乳液成膜有较大影响,二者在性能上难以完全匹配。随着科技的发展和工艺的改进,复杂的工作环境对金属材料的性能要求越来越苛刻,对涂料的依赖程度日益加深。世界各国在致力于追求涂料产品良好高温性能的同时,对其耐化学腐蚀性、耐磨性等综合性能也提出了新的要求。同时,伴随着现代工业社会向信息化社会的转变,保护环境、节约能源越来越受到人们的重视,各种水性涂料、高固体份涂料等环境友好型涂料产品也日益受到人们的青睐。关于耐高温涂料的研究,其研究方向主要集中在以下几个方面:1)对有机树脂进行改性,合成耐更高温度、成膜性好、施工方便的树脂,研发新型的耐高温涂层基料体系。2)研究适合不同树脂、功能性更强的颜填料,并对配方比进行优化设计,增强涂层的综合性能。3)研发水性涂料或者高固体份、无溶剂的绿色环保型涂料产品。4)在涂料领域应用纳米技术,发挥颜填料微粒的纳米效应,进一步提升耐热涂料的耐高温性能。


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