TWI695043B - 多層寬頻吸音防蝕塗膜及其製法 - Google Patents
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Abstract
一種多層寬頻吸音防蝕塗膜,包含一金屬防蝕層、一第一高分子封孔層、一第二高分子封孔層及一高分子表層。該第一高分子封孔層直接覆蓋於該金屬防蝕層,並包括一第一高分子基材及第一顆粒填料。該第二高分子封孔層形成在該第一高分子封孔層上,並包括一第二高分子基材及第二顆粒填料。該高分子表層形成在該第二高分子封孔層上,並由一高分子表面基材所組成。該第一顆粒填料在該第一高分子基材中的濃度高於該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度。該多層寬頻吸音防蝕塗膜對於頻率為2~7 kHz的聲波皆有良好的吸收效果,且可透過熱噴塗製程製得。
Description
本發明是有關於一種寬頻吸音防蝕塗膜(broadband acoustic absorption anti-corrosion coating),特別是指一種多層(multi-layered)寬頻吸音防蝕塗膜及其製法。
一般水下深測是使用聲納(sonar)測得在水下被物體反射的聲波,而理想的匿蹤水下載具需要兼具防蝕、重量輕、易於施作及調整、對於特定頻帶的聲波吸收等多種特性。然而,現有的匿蹤施作方式往往難以兼具上述多種特性,例如:重量輕且可吸收聲波的高分子材料往往難以全面吸收特定頻帶的聲波。
TW I565766專利公開一種吸音隔音塗層製備方法,是利用熱噴塗(thermal spray)形成高分子隔音層,易於施作及調整,然而,其高分子隔音層對於特定頻帶的聲波吸收效果仍有改良空間,特別是其難以有效吸收頻率為2~4 kHz的聲波。
因此,本發明之目的,即在提供一種多層寬頻吸音防蝕塗膜,可以克服上述先前技術的缺點。
於是,本發明多層寬頻吸音防蝕塗膜,適於塗布於一金屬基板,包含一金屬防蝕層(metallic anti-corrosion layer)、一第一高分子封孔層(first polymer sealing layer)、一第二高分子封孔層及一高分子表層(surface layer)。該金屬防蝕層直接覆蓋於該金屬基板。該第一高分子封孔層直接覆蓋於該金屬防蝕層,並包括一第一高分子基材及分散在該第一高分子基材中的第一顆粒填料。該第二高分子封孔層形成在該第一高分子封孔層上且相反於該金屬防蝕層,並包括一第二高分子基材及分散在該第二高分子基材中的第二顆粒填料。該高分子表層形成在該第二高分子封孔層上且相反於該第一高分子封孔層,並由一高分子表面基材所組成。其中,該第一顆粒填料在該第一高分子基材中的濃度高於該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度。
因此,本發明之另一目的,即在提供一種多層寬頻吸音塗膜的製法,包含以下步驟:
(a) 在一金屬基板上以熱噴塗(thermal spray)直接覆蓋一金屬防蝕層;
(b) 在該金屬防蝕層上以熱噴塗直接覆蓋一第一高分子封孔層,該第一高分子封孔層包括一第一高分子基材及分散在該第一高分子基材中的第一顆粒填料;
(c) 在該第一高分子封孔層上且相反於該金屬防蝕層以熱噴塗形成一第二高分子封孔層,該第二高分子封孔層包括一第二高分子基材及分散在該第二高分子基材中的第二顆粒填料;及
(d) 在該第二高分子封孔層上且相反於該第一高分子封孔層以熱噴塗形成一高分子表層,該高分子表層由一高分子表面基材所組成;
其中,該第一顆粒填料在該第一高分子基材中的濃度高於該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度。
本發明之功效在於:該多層寬頻吸音防蝕塗膜對於頻率為2~7 kHz的聲波皆有良好的吸收效果,且可透過熱噴塗製程製得。
以下將就本發明內容進行詳細說明:
雖然該熱噴塗形成的金屬防蝕層具有許多孔隙,但該熱噴塗形成的第一高分子封孔層能夠封住這些孔隙,得以提升該金屬防蝕層的防蝕效果。
較佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜中,還包含一第三高分子封孔層,形成在該第二高分子封孔層與該高分子表層之間,並包括一第三高分子基材及分散在該第三高分子基材中的第三顆粒填料,其中,該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度高於該第三顆粒填料在該第三高分子基材中的濃度。
較佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜中,該金屬防蝕層的材質是選自於鋅或鋅鋁合金,對於鋼材可提供良好的陰極保護。在本發明的具體實施例中,該金屬防蝕層的材質是鋅鋁合金。
較佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜中,該第一高分子基材、該第二高分子基材及該高分子表面基材是相同或不同地選自於聚丙烯酸系樹脂、環氧樹脂、聚乙烯或聚氨酯。在本發明的具體實施例中,該第一高分子基材、該第二高分子基材及該高分子表面基材皆是聚乙烯。
更佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜中,該第三高分子基材是選自於聚丙烯酸系樹脂、環氧樹脂、聚乙烯或聚氨酯。在本發明的具體實施例中,該第三高分子基材是聚乙烯。
較佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜中,該第一顆粒填料及該第二顆粒填料是相同或不同地選自於膨脹石墨粉、鋁粉或玻璃微球。在本發明的部分具體實施例中,該第一顆粒填料及該第二顆粒填料皆是膨脹石墨粉。在本發明的部分具體實施例中,該第一顆粒填料及該第二顆粒填料皆是鋁粉。
更佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜中,該第三顆粒填料是選自於膨脹石墨粉、鋁粉或玻璃微球。在本發明的部分具體實施例中,該第三顆粒填料是膨脹石墨粉。在本發明的部分具體實施例中,該第三顆粒填料是鋁粉。
較佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法中,在該步驟(c)之後且在該步驟(d)之前,還包含以下步驟:在該第二高分子封孔層上且相反於該第一高分子封孔層以熱噴塗形成一第三高分子封孔層,該第三高分子封孔層包括一第三高分子基材及分散在該第三高分子基材中的第三顆粒填料,其中,該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度高於該第三顆粒填料在該第三高分子基材中的濃度。
更佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法中,該步驟(d)是在該第三高分子封孔層上且相反於該第二高分子封孔層以熱噴塗形成該高分子表層。
較佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法中,該步驟(a)、步驟(b)、步驟(c)及步驟(d)之熱噴塗的熱源是相同或不同地選自於電漿熱源、火焰熱源或***熱源。更佳地,在本發明的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法中,該火焰熱源是氧-乙炔焰。又更佳地,供應該氧-乙炔焰之氧與乙炔的供應壓力比例大於1.2:1。
本發明將就以下實施例來做進一步說明,但應瞭解的是,該等實施例僅為例示說明之用,而不應被解釋為本發明實施之限制。
[
多層寬頻吸音防蝕塗膜的製備]
<實施例
1(E1)
>
將一圓形鋼板(直徑為11.6 cm,厚度為6 mm)進行噴砂處理(砂粒為多角形氧化鋁,其尺寸範圍為600~710 μm,其莫氏硬度為9,吹砂壓力為6 kg/cm
2),在酒精中以超音波清洗後烘乾,確認表面粗糙度Ra值達到5 μm以上。
在經噴砂處理後的鋼板表面上,使用鋅鋁線材(GS231,85%鋅-15%鋁合金)以火焰線槍(TOP-JET flame spray gun)熱噴塗覆蓋一防蝕層(厚度為300~500 μm)。在本步驟中,該熱噴塗是利用氧-乙炔焰作為熱源,且氧的供應壓力4 bar、乙炔的供應壓力為1.4 bar。
在該防蝕層上,使用含有20 vol%膨脹石墨粉[購自於泓明科技(HOMYTECH),E系列,型號為G36E-50-450]的聚乙烯(購自於Castolin Eutectic公司,型號為29300)以火焰粉槍(CastoDyn DS 8000)熱噴塗覆蓋一第一高分子封孔層(厚度為1 mm)。在本步驟中,該熱噴塗是利用氧-乙炔焰作為熱源,且氧的供應壓力4 bar、乙炔的供應壓力為0.7 bar。
在該第一高分子封孔層上,使用含有10 vol%膨脹石墨粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一第二高分子封孔層(厚度為1 mm)。在本步驟中,該熱噴塗是利用氧-乙炔焰作為熱源,且氧的供應壓力4 bar、乙炔的供應壓力為0.7 bar。
在該第二高分子封孔層上,使用含有5 vol%膨脹石墨粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一第三高分子封孔層(厚度為1 mm)。在本步驟中,該熱噴塗是利用氧-乙炔焰作為熱源,且氧的供應壓力4 bar、乙炔的供應壓力為0.7 bar。
在該第三高分子封孔層上,使用聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子表層(厚度為1 mm),得到實施例1的多層寬頻吸音防蝕塗膜(如圖1所示)。在本步驟中,該熱噴塗是利用氧-乙炔焰作為熱源,且氧的供應壓力4 bar、乙炔的供應壓力為0.7 bar。
<實施例
2(E2)
>
實施例2的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在實施例2中,是以鋁粉[購自於第一化工,325 mesh,商品編號為20130307021 (CAS:7429-90-5)]取代實施例1中的膨脹石墨粉,得到實施例2的多層寬頻吸音防蝕塗膜(如圖2所示)。
<比較例
1-1(CE1-1)
>
比較例1-1的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例1-1中,在該防蝕層上,使用聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子封孔層(厚度為4 mm),得到比較例1-1的吸音防蝕塗膜。
<比較例
1-2(CE1-2)
>
比較例1-2的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例1-2中,在該防蝕層上,使用含有5 vol%膨脹石墨粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子封孔層(厚度為4 mm),得到比較例1-2的吸音防蝕塗膜。
<比較例
1-3(CE1-3)
>
比較例1-3的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例1-3中,在該防蝕層上,使用含有10 vol%膨脹石墨粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子封孔層(厚度為4 mm),得到比較例1-3的吸音防蝕塗膜。
<比較例
1-4(CE1-4)
>
比較例1-4的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例1-4中,在該防蝕層上,使用含有20 vol%膨脹石墨粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子封孔層(厚度為4 mm),得到比較例1-4的吸音防蝕塗膜。
<比較例
2-1(CE2-1)
>
比較例2-1的吸音防蝕塗膜的製程與比較例1-1相同,得到比較例2-1的吸音防蝕塗膜。
<比較例
2-2(CE2-2)
>
比較例2-2的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例2-2中,在該防蝕層上,使用含有5 vol%鋁粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子封孔層(厚度為4 mm),得到比較例2-2的吸音防蝕塗膜。
<比較例
2-3(CE2-3)
>
比較例2-3的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例2-3中,在該防蝕層上,使用含有10 vol%鋁粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子封孔層(厚度為4 mm),得到比較例2-3的吸音防蝕塗膜。
<比較例
2-4(CE2-4)
>
比較例2-4的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例2-4中,在該防蝕層上,使用含有20 vol%鋁粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子封孔層(厚度為4 mm),得到比較例2-4的吸音防蝕塗膜。
<比較例
3(CE3)
>
比較例3的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例3中,該熱噴塗覆蓋一第一高分子封孔層的厚度為1.33 mm,且在該第一高分子封孔層上,使用含有20 vol%鋁粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一第二高分子封孔層(厚度為1.33 mm),並在該第二高分子封孔層上,使用聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子表層(厚度為1.33 mm),得到比較例3的吸音防蝕塗膜(如圖3所示)。
<比較例
4(CE4)
>
比較例4的吸音防蝕塗膜的製程與實施例2相似,差異處在於在比較例4中,該熱噴塗覆蓋一第一高分子封孔層的厚度為1.33 mm,且在該第一高分子封孔層上,使用含有20 vol%膨脹石墨粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一第二高分子封孔層(厚度為1.33 mm),並在該第二高分子封孔層上,使用聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子表層(厚度為1.33 mm),得到比較例4的吸音防蝕塗膜(如圖4所示)。
<比較例
5(CE5)
>
比較例5的吸音防蝕塗膜的製程與實施例1相似,差異處在於在比較例5中,在該第一高分子封孔層上,使用含有20 vol%鋁粉的聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一第二高分子封孔層(厚度為1 mm),且在該第二高分子封孔層上,使用環氧樹脂(購自於Castolin Eutectic公司,型號為ET-11)以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一第三高分子封孔層(厚度為1 mm),並在該第三高分子封孔層上,使用聚乙烯以火焰粉槍熱噴塗覆蓋一高分子表層(厚度為1 mm),得到比較例5的吸音防蝕塗膜(如圖5所示)。
[
吸音測試]
將上述實施例1~2(E1~E2)及比較例1-1~1-4、2-1~2-4、3~5(CE1-1~CE1-4、CE2-1~CE2-4、CE3~CE5)的吸音防蝕塗膜分別置於充滿水的阻抗管頂端(鋼板朝上,塗膜朝下並浸入水中),依據ASTM E-1050-98測量(頻率分析範圍為2~7 kHz,取樣頻率為50 kHz)並以三參數法校正,所得之吸音係數(sound absorption coefficient)-頻率曲線圖分別如圖6~圖8所示。
由圖6可以看出,在2~7 kHz的頻率範圍中,實施例1(E1)的多層寬頻吸音防蝕塗膜之吸音係數皆在0.35以上,且普遍在0.5以上,對於頻率為2.5~4 kHz的聲波吸收特別優異,顯示實施例1的多層寬頻吸音防蝕塗膜能有效減少聲波在水與塗膜之界面的反射,對於頻率為2~7 kHz的聲波皆有良好的吸收效果。而比較例1-1~1-4(CE1-1~CE1-4)的吸音防蝕塗膜之吸音係數普遍在0.35以下,顯示比較例1-1~1-4的吸音防蝕塗膜僅僅是具有與實施例1相同厚度的高分子封孔層,或進一步含有均勻分布的顆粒填料,難以有效吸收頻率為2~7 kHz的聲波。
由圖7可以看出,在2~7 kHz的頻率範圍中,實施例2(E2)的多層寬頻吸音防蝕塗膜之吸音係數皆在0.5以上,對於頻率為2.1~4 kHz的聲波吸收特別優異,對於頻率為3 kHz的聲波之吸音係數可高達0.95,顯示實施例2的多層寬頻吸音防蝕塗膜能有效減少聲波在水與塗膜之界面的反射,對於頻率為2~7 kHz的聲波皆有良好的吸收效果。而比較例2-1~2-4(CE2-1~CE2-4)的吸音防蝕塗膜之吸音係數普遍在0.5以下,顯示比較例2-1~2-4的吸音防蝕塗膜僅僅是具有與實施例2相同厚度的高分子封孔層,或進一步含有均勻分布的顆粒填料,難以有效吸收頻率為2~7 kHz的聲波。
由圖8可以看出,在2~7 kHz的頻率範圍中,比較例3~5(CE3~CE5)的吸音防蝕塗膜之吸音係數皆在0.8以下,且普遍在0.5以下,顯示比較例3~5的吸音防蝕塗膜僅僅是選擇不同種類的顆粒填料,或進一步選擇不同種類的高分子基材,難以全面吸收頻率為2~7 kHz的聲波。
綜上所述,本發明多層寬頻吸音防蝕塗膜不僅兼具防蝕及重量輕的特性,還藉由多層結構及顆粒填料在各個高分子封孔層中的濃度梯度配置,對於頻率為2~7 kHz的聲波皆有良好的吸收效果,且可透過熱噴塗製程製得上述結構並達成上述配置,故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明之實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
PE:聚乙烯
EG:膨脹石墨
Zn-Al:鋅鋁合金
Al:鋁
E1:實施例1
E2:實施例2
CE1-1:比較例1-1
CE1-2:比較例1-2
CE1-3:比較例1-3
CE1-4:比較例1-4
CE2-1:比較例2-1
CE2-2:比較例2-2
CE2-3:比較例2-3
CE2-4:比較例2-4
CE3:比較例3
CE4:比較例4
CE5:比較例5
本發明之其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中:
[圖1]是本發明多層寬頻吸音防蝕塗膜的實施例1的剖視示意圖;
[圖2]是本發明多層寬頻吸音防蝕塗膜的實施例2的剖視示意圖;
[圖3]是本發明的比較例3的剖視示意圖;
[圖4]是本發明的比較例4的剖視示意圖;
[圖5]是本發明的比較例5的剖視示意圖;
[圖6]是該實施例1及比較例1-1~1-4的多層寬頻吸音防蝕塗膜經吸音測試所得之吸音係數-頻率曲線圖;
[圖7]是該實施例2及比較例2-1~2-4的多層寬頻吸音防蝕塗膜經吸音測試所得之吸音係數-頻率曲線圖;及
[圖8]是本發明的比較例3~5的多層寬頻吸音防蝕塗膜經吸音測試所得之吸音係數-頻率曲線圖。
PE:聚乙烯
Zn-Al:鋅鋁合金
Al:鋁
Claims (8)
- 一種多層寬頻吸音防蝕塗膜,適於塗布於一金屬基板,包含:一金屬防蝕層,直接覆蓋於該金屬基板;一第一高分子封孔層,直接覆蓋於該金屬防蝕層,並包括一第一高分子基材及分散在該第一高分子基材中的第一顆粒填料;一第二高分子封孔層,形成在該第一高分子封孔層上且相反於該金屬防蝕層,並包括一第二高分子基材及分散在該第二高分子基材中的第二顆粒填料;一高分子表層,形成在該第二高分子封孔層上且相反於該第一高分子封孔層,並由一高分子表面基材所組成;及一第三高分子封孔層,形成在該第二高分子封孔層與該高分子表層之間,並包括一第三高分子基材及分散在該第三高分子基材中的第三顆粒填料;其中,該第一顆粒填料在該第一高分子基材中的濃度高於該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度;該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度高於該第三顆粒填料在該第三高分子基材中的濃度。
- 如請求項1所述的多層寬頻吸音防蝕塗膜,其中,該金屬防蝕層的材質是選自於鋅或鋅鋁合金。
- 如請求項1所述的多層寬頻吸音防蝕塗膜,其中,該第一高分子基材、該第二高分子基材及該高分子表面基材是相 同或不同地選自於聚丙烯酸系樹脂、環氧樹脂、聚乙烯或聚氨酯。
- 如請求項1所述的多層寬頻吸音防蝕塗膜,其中,該第一顆粒填料及該第二顆粒填料是相同或不同地選自於膨脹石墨粉、鋁粉或玻璃微球。
- 一種多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法,包含以下步驟:(a)在一金屬基板上以熱噴塗直接覆蓋一金屬防蝕層;(b)在該金屬防蝕層上以熱噴塗直接覆蓋一第一高分子封孔層,該第一高分子封孔層包括一第一高分子基材及分散在該第一高分子基材中的第一顆粒填料;(c)在該第一高分子封孔層上且相反於該金屬防蝕層以熱噴塗形成一第二高分子封孔層,該第二高分子封孔層包括一第二高分子基材及分散在該第二高分子基材中的第二顆粒填料;及(d)在該第二高分子封孔層上且相反於該第一高分子封孔層以熱噴塗形成一高分子表層,該高分子表層由一高分子表面基材所組成;在該步驟(c)之後且在該步驟(d)之前,還包含以下步驟:在該第二高分子封孔層上且相反於該第一高分子封孔層以熱噴塗形成一第三高分子封孔層,該第三高分子封孔層包括一第三高分子基材及分散在該第三高分子基材中的第三顆粒填料;其中,該第一顆粒填料在該第一高分子基材中的濃度高於該第二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度;該第 二顆粒填料在該第二高分子基材中的濃度高於該第三顆粒填料在該第三高分子基材中的濃度。
- 如請求項5所述的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法,其中,該步驟(d)是在該第三高分子封孔層上且相反於該第二高分子封孔層以熱噴塗形成該高分子表層。
- 如請求項5所述的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法,其中,該步驟(a)、步驟(b)、步驟(c)及步驟(d)之熱噴塗的熱源是相同或不同地選自於電漿熱源、火焰熱源或***熱源。
- 如請求項7所述的多層寬頻吸音防蝕塗膜的製法,其中,該火焰熱源是氧-乙快焰。
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