CN113969073A - 一种高热稳定性的低红外发射率硅酸盐涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，内容包括涂料的配方以及制备流程；本发明公开的高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料的原料包含水玻璃、聚二甲基硅氧烷、纳米二氧化硅、改性片状铝粉、二氧化铈、二硼化锆、低熔点玻璃粉以及其他添加剂；水玻璃和聚二甲基硅氧烷混合而获得的粘结剂具有较高的硅含量，提升涂层的热稳定性；聚二甲基硅氧烷作为一种疏水性基质在二氧化硅纳米结构改性剂的作用下，使表面形成微纳乳突结构，增强涂层的疏水性；二氧化铈/二硼化锆复合材料与片状铝粉在高温下产生协同作用并抑制铝粉的氧化，增强高温下涂层的低红外发射率稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及红外隐身和涂层领域，具体内容为一种高热稳定性的低红外发射率硅酸盐涂料配方和制备流程。
背景技术
物理学定律指出，材料在绝对零度以上都会因自身分子运动而对外辐射红外波段信号；红外探测的原理就是对目标的特定红外波段信号进行收集，再通过目标与背景的红外辐射能量差异进行成像识别；红外隐身则是通过各种技术手段对目标的能量、频段、热源和方向等辐射特性进行削弱，以达到减小目标和背景的红外辐射差异；根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律可以得知，降低目标表面温度或者在其表面涂覆低红外放射率涂层可以降低目标的红外发射率；表面降温装置会增加目标的自身重量，降低目标的动力学性能并且大幅增加成本；低红外发射率涂料的开发就成为实现红外隐身的重要研究方向。
低红外发射率涂料在军事隐身、能源利用以及光电信息领域中有着广泛的用途；目前，根据低红外发射率涂料的施工工艺不同，大致可以分为高温大气等离子喷涂法、化学气相沉积法以及其他传统方法(刷涂法、喷涂法)，前两种主要是对陶瓷涂料进行的施工，虽然具有优异的功能性效果，但是对材料要求高，还需要复杂的施工技术和苛刻的施工环境，很难对大面积的基体进行施工；传统的工艺方法所用涂料通常由粘结剂和填料组成；常规的低红外放射率涂料，主要是树脂金属复合类的涂料，通常有：环氧体系、有机硅体系、酚醛体系等；利用树脂或改性树脂作粘结剂，将具有低发射率的金属材料粘结起来作为低红外发射率涂层，可以达到在常温下具有极低红外发射率的优异效果；此类涂层在高于400℃的环境下会因树脂分解造成涂层功能相性恶化，失去红外隐身的效果；开发一种具有高热稳定性，并且制备简单，设备要求低，易于施工的无机类低红外发射率涂料是当今红外隐身领域的迫切需求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有低红外发射率涂料热稳定性差等不足之处，提出了一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料；粘结剂由水玻璃和聚二甲基硅氧烷混合而来，较高的硅含量提高涂层的热稳定性；聚二甲基硅氧烷作为一种疏水剂在纳米二氧化硅结构改性剂作用下，使涂层表面形成细小的微纳乳突结构，增强涂层疏水性；二氧化铈/二硼化锆复合材料可使涂层中的二氧化硅获得Ce4+和Zr4+的掺杂而产生少量的氧空位，提高整个涂层的导电性；二氧化铈/二硼化锆复合材料与片状铝粉在高温下产生协同作用，抑制铝粉的氧化，增强涂层高温环境的低红外发射率稳定性；涂料制备工艺简单，并采用喷涂施工工艺，大大降低了施工难度。
(二)发明技术方案
本发明公开了一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，由如下质量配比原料组成：水玻璃50-60份、纳米二氧化硅3-5份、聚二甲基硅氧烷3-8份、片状改性铝粉10-15份、二氧化铈5-8份、二硼化锆3-5份、低熔点玻璃粉5-10份、其他添加剂1-3份。
所述纳米二氧化硅的纯度大于95％，颗粒度在400-600目之间。
所述片状改性铝粉由70％非浮法片状铝粉和30％油酸混合并搅拌均匀所得，非浮法片状铝粉颗粒度为800目。
所述二氧化锆的纯度在75％以上，颗粒度在1600-1800目之间。
所述二氧化铈的纯度在99％以上，颗粒度在1600-1800目之间。
所述低熔点玻璃粉采用D245型，初始熔点在450℃，颗粒度为2000目，纯度在94％以上。
所述其他添加剂有分散剂、流平剂、消泡剂；分散剂为分散剂BYK-340、分散剂HY-1010A、分散剂HY-5040、分散剂HY-1030D的一种；流平剂为流平剂BYK2010、流平剂HY-302、流平剂HY-303、流平剂HY-304D的一种；消泡剂为消泡剂HY-1040A、消泡剂HY-1040T、消泡剂HY-1040C、消泡剂HY-1040D、消泡剂HY-1040F的一种。
所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将一定配比的水玻璃、聚二甲基硅氧烷置于搅拌桶中以180r/min转速搅拌6h，搅拌至均匀状态，得到混合的粘结剂。
(2)将一定配比的二氧化锆和二氧化铈置于马弗炉中1600℃高温烧结4h，取出充分研磨1h得到高温低放射性的复合材料。
(3)在步骤(1)中的混合粘结剂按比例加入纳米二氧化硅、片状铝粉、高温低放射性的复合材料、低熔点玻璃粉以及其他添加剂，在球磨机中以380r/min球磨12h，得到粘稠状的高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料。
所述马口铁板在喷涂前需要进行预处理，将马口铁板经800、1200、2000目砂纸打磨，并用丙酮溶液擦拭脱脂，再用酒精擦拭，自然晾干备用。
所述一种高热稳定性的低红外发射率硅酸盐涂料需要采取喷涂法施工，将涂料喷涂在10cm*8cm的马口铁板上，室温固化24h后，置于马弗炉中以5℃/min的速率升温到600℃保温2h，然后冷却到室温，并采用傅里叶红外变换测试仪测量涂层热处理前后在8-14μm的平均红外发射率，并进行对比。
(三)发明有益效果
本发明弥补了低红外发射率涂料热稳定性差的缺点，以水玻璃为主要粘结剂，添加聚二甲基硅氧烷、纳米结构改性剂，增强涂层的高温热稳定性及表面疏水性；添加二氧化铈/二硼化锆复合材料功能性填料，增强涂层高温环境的低红外发射稳定性；涂料制备工艺简单、设备要求低，易于施工使用。
具体实施方式
下面通过具体的实施例，对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中所用的原料、试剂或者装置如无特殊说明，均可从商业途径得到或者从已公开的方法制备。
实施例1
一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料的制备：
(1)将一定配比的水玻璃、聚二甲基硅氧烷置于搅拌桶中以180r/min转速搅拌6h，搅拌至均匀状态，得到混合的粘结剂。
(2)将一定配比的二硼化锆和二氧化铈置于马弗炉中1600℃高温煅烧4h，取出充分研磨1h得到高温低发射性的复合材料。
(3)在步骤(1)中的混合粘结剂按比例加入纳米二氧化硅、片状铝粉、二氧化锆/二氧化铈的复合材料、低熔点玻璃粉以及其他添加剂，在球磨机中以380r/min球磨12h，得到粘稠状的高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料。
将10cm*8cm马口铁板材用800、1200、2000目砂纸打磨，并用丙酮溶液擦拭脱脂，再用酒精擦拭，自然晾干备用。
将涂料喷涂在10cm*8cm的马口铁板上，室温固化24h后，置于马弗炉中以5℃/min的速率升温到600℃保温2h，然后冷却到室温，并采用傅里叶红外变换测试仪测量涂层热处理前后在8-14μm的平均红外发射率，并进行对比。
测试涂层的附着力、硬度和光泽度。
检测标准：
涂料硬度：采用《GB/T6739-86》划痕硬度法，在漆膜表面用硬物划伤涂膜来测定硬度；常用的是铅笔硬度，铅笔由6B到8H共15级，可手工操作，也可仪器测试。
涂膜附着力：根据《GB/T9286-88》划格法，用刀具纵横交叉切割间距1mm的格子，格子数为5×5个，然后根据《GB/T9286-88》规定的评级标准分级，0级最好，5级最差，具体为：0级切割边缘完全平滑，无一格脱落；1级在切***叉处有少许涂层脱落，但交叉切割面积受影响不能明显大于5％；2级在切***叉处和/或沿切口边缘有涂层脱落，受影响的交叉切割面积明显大于5％，但不能明显大于15％；3级涂层沿切割边缘部分或全部以大块碎片脱落，和/或在格子不同部位上部分或全部剥落，受影响的交叉切割面积明显大于15％，但不能明显大于35％；4级涂层沿切割边缘大片脱落，和/或一些格子部分或全部脱落，受影响的交叉切割面积明显大于35％，但不能明显大于65％；5级剥落的程度超过4级。
光泽度：采用60度光泽度测量仪LS192进行光泽度的测量。
经测量后，本实施例1涂层的铅笔硬度为7H，附着力为1级，光泽度为23.8，涂层热处理前后在8-14μm的平均红外发射率并无较明显的变化。
实施例2
一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料的制备：
(1)将一定配比的水玻璃、聚二甲基硅氧烷置于搅拌桶中以180r/min转速搅拌6h，搅拌至均匀状态，得到混合的粘结剂。
(2)将一定配比的二硼化锆和二氧化铈置于马弗炉中1600℃高温煅烧4h，取出充分研磨1h得到高温低发射性的复合材料。
(3)在步骤(1)中的混合粘结剂按比例加入纳米二氧化硅、片状铝粉、二氧化锆/二氧化铈的复合材料、低熔点玻璃粉以及其他添加剂，在球磨机中以380r/min球磨12h，得到粘稠状的高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料。
将10cm*8cm马口铁板材用800、1200、2000目砂纸打磨，并用丙酮溶液擦拭脱脂，再用酒精擦拭，自然晾干备用。
将涂料喷涂在10cm*8cm的马口铁板上，室温固化24h后，置于马弗炉中以5℃/min的速率升温到600℃保温2h，然后冷却到室温，并采用傅里叶红外变换测试仪测量涂层热处理前后在8-14μm的平均红外发射率，并进行对比。
测试涂层的附着力和硬度。
检测标准请参考实例1检测标准
经测量后，本实施例2涂层的铅笔硬度为6H，附着力为0级，光泽度为28.5，涂层热处理前后在8-14μm的平均红外发射率并无较明显的变化。
实施例3
一种高热稳定性的低红外发射率硅酸盐涂料的制备：
(1)将一定配比的水玻璃、聚二甲基硅氧烷置于搅拌桶中以180r/min转速搅拌6h，搅拌至均匀状态，得到混合的粘结剂。
(2)将一定配比的二硼化锆和二氧化铈置于马弗炉中1600℃高温煅烧4h，取出充分研磨1h得到高温低发射性的复合材料。
(3)在步骤(1)中的混合粘结剂按比例加入纳米二氧化硅、片状铝粉、二氧化锆/二氧化铈的复合材料、低熔点玻璃粉，在球磨机中以380r/min球磨12h，得到粘稠状的高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料。
将10cm*8cm马口铁板材用800、1200、2000目砂纸打磨，并用丙酮溶液擦拭脱脂，再用酒精擦拭，自然晾干备用。
将涂料喷涂在10cm*8cm的马口铁板上，室温固化24h后，置于马弗炉中以5℃/min的速率升温到600℃保温2h，然后冷却到室温，并采用傅里叶红外变换测试仪测量涂层热处理前后在8-14μm的平均红外发射率，并进行对比。
测试涂层的附着力和硬度。
检测标准请参考实例1检测标准。
经测量后，本实施例3涂层的铅笔硬度为6H，附着力为1级，光泽度为30.2，涂层热处理前后在8-14μm的平均红外发射率并无较明显的变化。
Claims (9)
1.一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，其特征在于，成分包含水玻璃、纳米二氧化硅、片状铝粉、二氧化铈、二硼化锆、低熔点玻璃粉以及其他添加剂。
2.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，其特征在于，按重量份计，主要由以下成分组成。
3.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，其特征在于，原料中纳米二氧化硅纯度大于95%，颗粒度在400-600目之间。
4.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，其特征在于，原料中片状改性铝粉由70%非浮法片状铝粉和30%油酸混合并搅拌均匀所得，非浮法片状铝粉颗粒度为800目。
5.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红发放射率硅酸盐涂料，其特征在于，原料中二硼化锆的纯度在75%以上，颗粒度在1600-1800目之间。
6.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，其特征在于，原料中二氧化铈的纯度在99%以上，颗粒度在1600-1800目之间。
7.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，其特征在于，原料中低熔点玻璃粉采用D245型，初始熔点在450℃，颗粒度为2000目，纯度在94%以上。
8.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料，其特征在于，原料中其他添加剂有分散剂、流平剂、消泡剂；分散剂为分散剂BYK-340、分散剂HY-1010A、分散剂HY-5040、分散剂HY-1030D的一种；流平剂为流平剂BYK2010、流平剂HY-302、流平剂HY-303、流平剂HY-304D的一种；消泡剂为消泡剂HY-1040A、消泡剂HY-1040T、消泡剂HY-1040C、消泡剂HY-1040D、消泡剂HY-1040F的一种。
9.根据权利要求1所述一种高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料制备方法如下：
（1）将一定配比的水玻璃、聚二甲基硅氧烷置于搅拌桶中以180r/min转速搅拌6h，搅拌至均匀状态，得到混合的粘结剂；
（2）将一定配比的二硼化锆和二氧化铈置于马弗炉中1600℃高温煅烧4h，取出充分研磨1h得到高温低放射性的复合材料；
（3）在步骤（1）所得的混合粘结剂按比例加入纳米二氧化硅、片状铝粉、二氧化锆/二氧化铈的复合材料、低熔点玻璃粉以及其他添加剂，在球磨机中以380r/min球磨搅拌12h，得到粘稠状的高热稳定性低红外发射率硅酸盐涂料。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111113612.8A CN113969073A (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种高热稳定性的低红外发射率硅酸盐涂料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111113612.8A CN113969073A (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种高热稳定性的低红外发射率硅酸盐涂料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113969073A true CN113969073A (zh) | 2022-01-25 |
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ID=79586795
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202111113612.8A Withdrawn CN113969073A (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 一种高热稳定性的低红外发射率硅酸盐涂料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113969073A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114806254A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-07-29 | 航天科工武汉磁电有限责任公司 | 具有波段选择低发性耐温环保型红外隐身材料及制备方法 |
-
2021
- 2021-09-23 CN CN202111113612.8A patent/CN113969073A/zh not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114806254A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-07-29 | 航天科工武汉磁电有限责任公司 | 具有波段选择低发性耐温环保型红外隐身材料及制备方法 |
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