一种环氧改性硅胶防热涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于特种功能涂料技术领域，具体涉及一种环氧改性硅胶防热涂料及其制备方法。

背景技术：

2.硅胶防热涂层材料是伴随着航天工业的发展而兴起的一类新型防热材料，在航天工业发展中起着不可低估的作用。随着武器系统火箭、导弹技术的发展，各种飞行器发动机燃烧室壳体、弹体机体内外隔热防护要求也越来越高，对如何保护发动机壳体及弹体的内外基体材料的隔热防热提出更高的要求，而硅胶改性防热涂层材料具有特定的技术优势，主要体现在优良的机械性能和高温烧蚀维形性能，故开展硅胶防热涂料的成型技术研究意义重大。
3.目前国内发动机壳体内绝热层大多采用三元乙丙橡胶、rtv硅橡胶等材料，这类材料密度低、高温烧蚀性能优良，但材料的机械性能差，根据未来弹体结构防热和新型发动机内防热材料发展的需求，需要开展高韧高强、高质量保持率硅胶热防护涂层设计、制备和性能优化研究，重点突破硅胶聚合物的混溶改性技术及特种隔热填料复配等关键技术，实现涂层附着力好、轻质化、抗烧蚀、高韧性的协同统一，研制出密度低、导热系数低的柔性烧蚀隔热涂层，同时涂层具有优良的力学性能及高温烧蚀维形性能，以满足新型号发动机壳体及弹体内外隔热防热的需求。

技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中高热流环境热防护不足的问题，提供一种环氧改性硅胶防热涂料及其制备方法，高韧高强及高温质量保持率的硅胶改性防热涂层适用于战术导弹弹体结构及发动机燃烧室的热防护，可有效保护产品高热流环境的损害。
5.具体是通过以下技术方案来实现的：
6.1、一种环氧改性硅胶防热涂料的配方：是由a组分、b组分、c组分和d组分组成，其中b组分、c组分和d组分各自分装，使用前与a组分混合使用。
7.按重量份计，a组分由硅橡胶胶粘剂23～29份、环氧树脂13～18份、低密度纳米填料11～14份、耐高温隔热填料15～19份、防沉剂1～3份，混合溶剂 19～28份组成；b组分为氨类固化剂2～5份；c组分为硅橡胶交联剂3～7份；d 组分为催干剂0.5～0.8份。
8.优选的，上述a组分由硅橡胶胶粘剂25～28份、环氧树脂14～17份、低密度纳米填料12～13份、耐高温隔热填料16～18份、防沉剂2～3份，混合溶剂 20～25份组成；b组分为氨类固化剂2～4份；c组分为硅橡胶交联剂3～5份； d组分为催干剂0.5～0.7份。
9.最佳的，上述a组分由硅橡胶胶粘剂27份、环氧树脂16份、低密度纳米填料13份、耐高温隔热填料17份、偶联剂3份，混合溶剂25份组成；b组分为氨类固化剂3份；c组分为硅橡胶交联剂4份；d组分为催干剂0.6份。
10.进一步，所述的主体成膜物质、低密度纳米填料、耐高温隔热填料、助剂和溶剂可以按照本领域的公知常识进行常规选择，例如：所述的室温硫化硅橡胶胶粘剂为一种端基含有羟基的硅橡胶、甲基双苯基室温硫化硅橡胶及单组份室温硫化硅橡胶中的一种或两种；
11.上述的低密度纳米填料为钡酚醛、超细软木粉、硼酸锌、气相二氧化硅中的一种或几种。
12.上述方案所述的耐高温隔热填料为玻璃微珠、酚醛微球、蛭石粉、海泡石、膨胀珍珠岩的一种或几种。
13.上述方案所述的溶剂为丙酮、丁醇、醚类、甲苯、二甲苯中的一种或几种。
14.2、所述环氧改性硅胶防热涂料的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)制备a组分：取硅橡胶胶粘剂、环氧树脂、低密度纳米填料、耐高温隔热填料、防沉剂及混合溶剂用尼龙棒搅拌预混，预混好的防热涂料在600～ 800r/min的转速下分散30min～50min，再在800～1200r/min的转速下高速分散60min～80min，静置60min。将分散好的防热涂料完成3个循环的砂磨，用不小于80目的筛过滤，过滤后加入溶剂调配均匀，经砂磨后的防热涂料粘度控制在30s～60s(室温)，细度不大于45μm，即得环氧改性硅胶防热涂料的a组份；
16.(2)使用时分别在a组分中加入固化剂b
、
交联剂c
、
催化剂d且调配均匀，在制件上喷涂并固化，即可制备环氧改性硅胶防热涂层。
17.综上所述，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种环氧改性硅胶防热涂料及其制备方法，环氧改性硅胶防热涂层850℃高温烧蚀维形效果良好、涂层密度小于1.0g/cm3、导热系数小于0.2w/m.k，静态隔热温度低于250℃，其防热性能指标是优良，是高热流环境发动机燃烧室及弹体结构热防护优选的一种防热材料。
18.现有的一种环氧改性硅胶防热涂料的主体成膜物质采用硅胶中加入环氧树脂形成溶解体系，但用纯硅胶加工而成的涂料其综合性能差(附着力差)，本技术发明人经过大量的实验研究和筛选，选用环氧树脂对硅胶胶粘剂进行改性技术处理，并通过实验筛选出了硅橡胶胶粘剂、环氧树脂、填料及助剂的优选比例，有效改进了有硅橡胶胶粘剂的工艺性能，改性后的涂料体系能实现常温固化，同时采用了抗烧蚀、低密度、低导热的复合填料，实现了一种环氧改性硅胶防热涂料配方的研制及环氧改性硅胶防热涂层材料的制备。
19.与现有技术相比，本发明提供的一种环氧改性硅胶防热涂料在常规性能优良的情况下，其核心技术指标在于涂层导热系数低、质量保持率适中、机械性能好，并达到高温烧蚀维形的目的，其综合性能优良，有效解决发动机燃烧室绝热防热及弹体基体的隔热保护，该防热涂料已在某产品部件之上喷涂验证，防热涂层完成了环境试验验证考核，该防热涂层性能指标已满足某部件工程化应用的要求。
20.本发明提供的一种环氧改性硅胶防热涂料具有以下优点：a)优良的成膜体系(环氧改性硅胶)混溶性好，吸油量低，涂层引进环氧树脂的特性，防热涂层机械性能优良；b)具有硅胶耐烧蚀维形的特点，高温质量保持率性能良好；c)采用耐高温、低导热填料，防热涂层静态隔热效果好；d)防热涂层单层湿膜厚，成型工艺简便，能实现室温固化。
附图说明
21.图1为环氧改性防热涂料质量保持率测试图，左图为试验前，右图为试验后。
具体实施方式
22.下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
23.实施例1
24.1、涂料配方如表1所示：
25.表1环氧改性硅胶防热涂料配方
[0026][0027]
2、制备方法：
[0028]
(1)称量：先称量硅橡胶胶粘剂加混合溶剂的50％,在700r/min的转速下分散30min以上，再称量环氧树脂和固体填料并加入，最后将80％的溶剂加入分散机中，其余溶剂在分散砂磨完后加入。
[0029]
(2)预混：将称量好的物质用尼龙棒搅拌混合均匀。
[0030]
(3)分散：将预混好的涂料在700r/min的转速下分散60min，再在1000r/min 的转速下高速分散70min(分散时料温不得超过35℃)，保证涂料体系预混均匀。
[0031]
(4)研磨：(卧式砂磨机)装好研磨介质(φ1.5～φ3的玻璃珠或氧化锆珠)，接通冷却水，设定好温度、压力后进行三个循环的砂磨，砂磨时料温不得超过35℃，涂料粘度控制在30s，细度不大于45μm为研磨合格。
[0032]
(5)过滤：将砂磨好的涂料用不小于80目的铜丝网过滤，铜丝网必须保持清洁、完好。
[0033]
(6)调漆：加入溶剂调配均匀，装桶即得。
[0034]
一、环氧改性硅胶防热涂料性能测试
[0035]
试件喷涂：主要包括试片的前处理、涂料的制备、喷涂及固化。
[0036]
(a)试件的前处理：试片(铝试片阳极化，镁试片氧化)用乙酸乙酯或丙酮清洗。
[0037]
(b)涂料的调配：称取防热涂料a组份1000g，再称取b组分、c组分、d 组分混合均匀，加溶剂调整达到易于喷涂的粘度。
[0038]
(c)喷涂：选择小型喷喷涂，空气压力控制在0.3mpa左右，喷距离约 20cm～30cm，单层湿膜厚度在30μm～50μm。常规性能、耐热性能涂层厚度控制在30μm～50μm，隔热性能涂层厚度控制在0.8mm～1.0mm，热性能测试涂层厚度控制在3mm～4mm(按标准尺寸后加工)。
[0039]
(d)固化：试片固化先自然干燥24h，然后在40℃～60℃的烘箱中烘24h (40℃12h/60℃12h/，允许间断烘)，最后再自然干燥24h。
[0040]
(e)试片测试：按相关标准对试片进行性能测试，测试指标见表2。
[0041]
表2环氧改性硅胶防热涂料性能要求及测试结果
[0042][0043][0044]
二、环氧改性硅胶防热涂层质量保持率的测定
[0045]
主要测试过程：
[0046]
a)马夫炉从室温(炉中放一方形耐火砖)升到850℃，将试件放入炉腔(试件放在钢板上再平放在耐火砖上)中，放入间隔时间不超过10s,保温5min后立刻取出试件(夹钳夹钢板)，试件在取出时不能损伤涂层，试件测试状态如图1。
[0047]
试件回到室温后检查涂层状态，称取试件重量，如此测量3个试样，用差量法计算
涂层的质量保持率，结果见表3。
[0048]
表3环氧改性硅胶防热涂层质量保持率
[0049][0050]
从表3涂层质量保持率测试中，可以看出涂层850℃/5min的质量保持率大于40％，涂层均匀炭化、不起泡、不开裂、不脱落，环氧改性硅胶防热涂层具有良好的耐高温烧蚀维形性能。图1为质量保持率测试图。
[0051]
三、部件喷涂
[0052]
主要包括部件的前处理、工序保护、总体喷涂防热涂料及防热涂层的固化。
[0053]
(a)舱体的前处理：舱体外表面(镁合金氧化)用乙酸乙酯或丙酮清洗。
[0054]
(b)工序保护喷涂：舱体在氧化后需在24h内喷一遍环氧改性硅胶防热涂料作为工序保护。
[0055]
(c)喷环氧改性硅胶防热涂料：称取防热涂料a组份：b组份：c组份：d 组份＝100：2:3:0.5，将a、b、c、d组份混合均匀，加溶剂调整达到易于喷涂的粘度。选择大型喷喷涂，空气压力控制在0.35mpa左右，喷距离约30cm，单层湿膜厚度在30μm～50μm。涂层厚度控制在0.8mm～1.0mm。
[0056]
(d)涂层的固化：部件防热涂层的固化为自然干燥24h，然后在40℃～60℃的烘箱中烘24h(40℃12h/60℃12h/，允许间断烘)，最后再自然干燥24h。
[0057]
环氧改性硅胶防热涂料研制已通过鉴定评审，产品部件环氧改性硅胶防热涂料的制备实现了工程化生产及工程化应用，从涂装质量、综合性能分析，环氧改性硅胶防热涂料完全满足某产品部件应用的需要。

技术特征：

1.一种环氧改性硅胶防热涂料，其特征在于，是由a组分、b组分、c组分和d组分组成，其中b组分、c组分和d组分各自分装，使用前与a组分混合使用；按重量份计，a组分由硅橡胶胶粘剂23～29份、环氧树脂13～18份、低密度纳米填料11～14份、耐高温隔热填料15～19份、防沉剂1～3份，混合溶剂19～28份组成；b组分为氨类固化剂2～5份；c组分为硅橡胶交联剂3～7份；d组分为催干剂0.5～0.8份。2.如权利要求1所述的一种环氧改性硅胶防热涂料，其特征在于，按重量份计，a组分由硅橡胶胶粘剂25～28份、环氧树脂14～17份、低密度纳米填料12～13份、耐高温隔热填料16～18份、防沉剂2～3份，混合溶剂20～25份组成；b组分为氨类固化剂2～4份；c组分为硅橡胶交联剂3～5份；d组分为催干剂0.5～0.7份。3.如权利要求1所述的一种环氧改性硅胶防热涂料，其特征在于，按重量份计，a组分由硅橡胶胶粘剂27份、环氧树脂16份、低密度纳米填料13份、耐高温隔热填料17份、防沉剂2份，混合溶剂25份组成；b组分为氨类固化剂3份；c组分为硅橡胶交联剂4份；d组分为催干剂0.6份。4.如权利要求1-3任一项所述的环氧改性硅胶防热涂料的制备方法，其特征在于，所述a组分的制备方法为：(1)取硅橡胶胶粘剂与50％的混合溶剂混合分散，再加入环氧树脂、低密度纳米填料、耐高温隔热填料、防沉剂、剩余量80％的混合溶剂，高速分散后静置；(2)将步骤(1)静置完成的涂料进行砂磨，砂磨完成后加剩余溶剂调节粘度，用不小于80目的筛过滤，取样送检后得到环氧改性硅胶防热涂料的a组分。5.如权利要求4所述的环氧改性硅胶防热涂料的制备方法，其特征在于，所述的混合分散，是在600-800r/min转速下分散30min以上；所述的高速分散，是在800-1200r/min转速下分散60-80min。6.如权利要求4所述的环氧改性硅胶防热涂料的制备方法，其特征在于，所述的砂磨，是采用砂磨机进行砂磨，砂磨前以φ1.5～φ3的氧化锆珠或玻璃珠作为研磨介质，装填介质沿轴向均匀分布，且装填填充系数控制在70％～80％，接通冷却水，检查温度、压力表状态，将防热涂料进行3个循环的砂磨，砂磨过程中涂料温度不得高于35℃，温度偏高时允许停机自然冷却30min以上。7.如权利要求4所述的环氧改性硅胶防热涂料的制备方法，其特征在于，所述的粘度，使调节粘度后的涂料粘度在30-60s范围内，细度≤45μm。

技术总结

本发明属于特种功能涂料技术领域，具体涉及一种环氧改性硅胶防热涂料及其制备方法；是由A组分、B组分、C组分和D组分组成；按重量份计，A组分由硅橡胶胶粘剂23～29份、环氧树脂13～18份、低密度纳米填料11～14份、耐高温隔热填料15～19份、防沉剂1～3份，混合溶剂19～28份组成；B组分为氨类固化剂2～5份；C组分为硅橡胶交联剂3～7份；D组分为催干剂0.5～0.8份。本发明方法所制备的环氧改性硅胶防热涂层850℃高温烧蚀维形效果良好、涂层密度小于1.0g/cm3、导热系数小于0.2W/m.K，静态隔热温度低于250℃，防热性能指标优良，是高热流环境发动机燃烧室及弹体结构热防护优选的一种防热材料。燃烧室及弹体结构热防护优选的一种防热材料。燃烧室及弹体结构热防护优选的一种防热材料。