一种耐热涂料和表面涂层的制作方法

1.本技术涉及涂料的领域，更具体地说，它涉及一种耐热涂料和表面涂层。

背景技术：

2.米风洞是一种用于能源科学技术领域的科学仪器，是指在一个按一定要求设计的管道系统内，使用动力装置驱动，形成可控制的气流，根据运动的相对性和相似性原理进行各种气动模拟实验的设备。
3.米风洞的动力装置驱动为压缩机，压缩机的运转性能与米风洞总体性能互相匹配，因此压缩机是米风洞中的关键部件，而压缩机的轴承箱对压缩机的工作性能起着较大的作用，因此压缩机轴承箱对于米风洞的整体性能以及米风洞中实验数据的准确性及其重要。
4.相关技术中，轴承箱位于米风洞的高速高温气流管道中，而轴承箱上涂覆的润滑油的正常工作温度为80℃，因此需要在轴承箱表面涂覆长时间有氧耐温300℃的隔热涂层，从而使得轴承箱和润滑油在工作时，温度需要控制在100℃以内，现有的轴承箱上通常涂覆隔热纳米复合陶瓷涂料，最高可耐受温度为1300℃，满足了米风洞压缩机轴承箱的耐高温要求。
5.但是上述现有的隔热性能较好且稳定性较高的纳米复合陶瓷涂料大部分仍在研发优化阶段，市面上符合要求的纳米复合陶瓷涂料价格昂贵，耐热老化性低。

技术实现要素：

6.为了提供一种隔热性能好，耐热老化性高，成本低的耐热涂料，本技术提供一种耐热涂料和表面涂层。
7.第一方面，本技术提供的一种耐热涂料，采用如下的技术方案：一种耐热涂料，包括以下重量份的原料制得：25-35份有机硅腻子粉、20-30份氧化钇稳定氧化锆、0.5-1份高温造孔剂、50-65份耐高温金属氧化物、4-6份碳纤维与40-50份水；所述高温造孔剂包括0.03-0.05份氧化锌、0.3-0.6份葡萄糖酸、0.08-0.1份海藻酸钠、0.003-0.005份过硫化盐、0.2-0.4份氢氧化钾、0.005-0.0075份n,n－亚甲基双丙烯酰胺和水；上述所有原料基准都是相同的，以有机硅腻子粉为基准。
8.通过采用上述技术方案，由于高温造孔剂实质上为吸水树脂，因此在高温条件下，耐热涂料内部的水份能够挥发，高温造孔剂体积缩小，使得成型的耐热涂料内部产生孔洞，能够使用上述低成本的方式进一步增强耐热涂料的耐热性能与耐热老化性。
9.高温造孔剂的制备过程中，过硫化盐为引发剂，在受热条件下，过硫化盐产生初级自由基，初级自由基诱导多个海藻酸钠小分子，使得多个海藻酸钠小分子聚合成海藻酸钠大分子，通过n，n－亚甲基双丙烯酰胺的作用，海藻酸钠大分子发生链增长反应，得到具有交联结构的共聚物。由于氧化锌表面含有大量-oh，因此在聚合过程中，氧化锌与大分子链
上的羟基、羧基等官能团形成氢键，使得共聚物包覆缠绕在氧化锌表面，最终得到高温造孔剂。
10.可选的，所述氧化锌为球形氧化锌。
11.通过采用上述技术方案，由于球形的氧化锌制备的高温造孔剂也为球形，且高温造孔剂内的水份蒸发后，耐热涂料内部能够留下球形的孔洞，孔洞的形状会影响涂料的隔热性能，球形的孔洞隔热性能最好，因此，氧化锌选择为球形氧化锌。
12.可选的，所述氧化锌的粒径为0.05-0.2mm。
13.通过采用上述技术方案，由于孔洞粒径在0.05-0.5mm范围内的耐热涂料耐热效果好，因此，粒径为0.05-0.2mm的氧化锌制备成高温造孔剂后，高温造孔剂的粒径增大，但是由于共聚物的尺寸为纳米级，因此，高温造孔剂的尺寸不超过0.5mm。
14.可选的，所述耐热涂料的制备方法包括以下步骤：s1，制备高温造孔剂：将葡萄糖酸与水搅拌，加入氢氧化钾，反应后冷却至室温；氮气保护下加入球形氧化锌与海藻酸钠，搅拌后加入n，n－亚甲基双丙烯酰胺、过硫化盐，在60-80℃条件下反应3-5h后生成凝胶状的高温造孔剂；s2，将有机硅腻子粉、氧化钇氧化锆、高温造孔剂、耐高温金属氧化物、碳纤维和水混合搅拌，制得耐热涂料。
15.通过采用上述技术方案，s1中，制备出凝胶状的造孔剂；s2中，将有机硅腻子粉、氧化钇氧化锆、高温造孔剂、耐高温金属氧化物、碳纤维与水混合搅拌，有机硅腻子粉、氧化钇氧化锆、耐高温金属氧化物能够使得耐热涂料具有较高的耐热性能；高温造孔剂充分吸收水份，形成球状的高温造孔剂，并均匀填充于耐热涂料中；碳纤维形成的网络结构能够促使均匀分布于耐热涂料中的高温造孔剂在耐热涂料中持续分布均匀，不易沉淀或团聚，最终耐热涂料喷涂形成的孔洞分布均匀。
16.第二方面，本技术提供一种表面涂层，采用如下的技术方案：一种表面涂层，所述表面涂层包括上述的耐热涂料制成的耐热涂层。
17.通过采用上述技术方案，耐热涂层形成的表面涂层在高温条件下，耐热涂层中的水份蒸发，耐热涂层内出现圆形孔洞，增大耐热涂层的耐热性能。
18.第三方面，本技术提供一种表面涂层，采用如下的技术方案：一种表面涂层，包括上述的耐热涂层与橡胶层，橡胶层用于连接金属基材。
19.通过采用上述技术方案，将橡胶层夹在耐热涂层与金属基层之间，橡胶层在起到隔热作用的同时，将耐热涂层牢固的粘接在金属基材上，使得耐热涂层长期受热后，与金属基材还能粘接牢固，耐热涂层的粘接稳定性较好。
20.可选的，所述橡胶层为硅橡胶或氟橡胶制成。
21.通过采用上述技术方案，硅橡胶与氟橡胶均为耐热温度高的橡胶，且硅橡胶与氟橡胶粘接能力均较强，因此，硅橡胶、氟橡胶在牢固粘接耐热涂层与金属基材的同时，起到隔热作用。
22.可选的，所述金属基层位于外表面，橡胶层与金属基材高温一侧连接，耐热涂层与橡胶层连接。
23.通过采用上述技术方案，橡胶层在牢固粘接耐热涂层与金属基材的同时，起到隔热作用。
24.可选的，所述表面涂层的涂覆方法包括以下步骤：步骤1，制备耐热涂料；步骤2，采用机械喷涂方法将耐热涂料的水溶液喷到金属基材上，喷涂厚度为8-12mm。
25.可选的，所述表面涂层的涂覆方法包括以下步骤：步骤1，制备耐热涂料；步骤2，采用等离子体喷涂方法将橡胶喷到金属基材上，喷涂厚度为2-5mm，形成橡胶层；步骤3，采用机械喷涂方法将耐热涂料喷到橡胶层上，喷涂厚度为8-12mm。
26.通过采用上述技术方案，步骤2中，采用等离子体喷涂的方式将橡胶喷涂在金属基材上，相比于机械喷涂，橡胶层与金属基材之间的粘结强度更高；再通过普通机械喷涂将耐热涂料喷涂至橡胶层上，使得喷涂过程中，耐热涂料中的高温造孔剂在耐热涂料中分布均匀，最终使得形成的耐热涂料层中的高温造孔剂分布均匀，表面涂层隔热性能好，耐热老化性能好。
27.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术中，高温造孔剂的添加，使得在高温条件下，耐热涂料内部的水份能够挥发，高温造孔剂体积缩小，成型的耐热涂料内部产生孔洞，使用上述低成本的方式进一步增强耐热涂料的耐热性能与耐热老化性；2、高温造孔剂的制备过程中，过硫化盐为引发剂，在受热条件下，过硫化盐产生初级自由基，初级自由基诱导多个海藻酸钠小分子，使得多个海藻酸钠小分子聚合成海藻酸钠大分子，通过n，n－亚甲基双丙烯酰胺的作用，海藻酸钠大分子发生链增长反应，得到具有交联结构的共聚物；由于氧化锌表面含有大量-oh，因此在聚合过程中，氧化锌与大分子链上的羟基、羧基等官能团形成氢键，共聚物包覆缠绕在氧化锌外部，最终得到高温造孔剂；3、制备方法中，将有机硅腻子粉、氧化钇氧化锆、高温造孔剂、耐高温金属氧化物、碳纤维与水混合搅拌，有机硅腻子粉、氧化钇氧化锆、耐高温金属氧化物能够使得耐热涂料具有较高的耐热性能；高温造孔剂充分吸收水份，形成球状的高温造孔剂均匀填充于耐热涂料中；碳纤维形成的网络结构能够促使均匀分布于耐热涂料中的高温造孔剂在耐热涂料中持续分布均匀，不易沉淀或团聚，最终耐热涂料层内形成的孔洞分布均匀。
具体实施方式
28.以下结合实施例与对比例对本技术作进一步详细说明。提供以下实施例和对比例的原料来源：实施例与对比例的原料均可市售购得，碳纤维可以使用聚丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维、沥青基碳纤维、木质素纤维基碳纤维等，本技术实施例与对比例使用聚丙烯腈基碳纤维；有机硅腻子粉为可以使用含有有机硅的腻子粉，本技术实施例与对比例使用w07-1有机硅腻子粉；硅橡胶与氟橡胶可以使用任何种类的市售产品，本技术实施例与对比例的硅橡胶使用甲基乙烯基硅橡胶，氟橡胶使用四丙氟橡胶。
29.高温造孔剂的制备例制备例1
高温造孔剂的制备方法包括以下步骤：将0.4kg葡萄糖酸与0.8kg水搅拌，加入0.3kg氢氧化钾，在1000rpm/min的速度下搅拌反应30min后，冷却至室温；氮气保护下加入0.04kg平均粒径为0.1mm的球形氧化锌与0.09kg海藻酸钠，在1000rpm/min的速度下搅拌反应10min后，加入0.006kg n，n－亚甲基双丙烯酰胺、0.004kg过硫化钠，在70℃条件下反应3.5h后生成凝胶状的高温造孔剂。
30.制备例2与制备例1的不同之处在于：将制备例1中的球形氧化锌替换成等重量的平均长度为0.1mm的棒状氧化锌。
31.制备例3与制备例1的不同之处在于：将制备例1中的球形氧化锌替换成等重量的粒径为100nm的球形氧化锌。
32.耐热涂料与表面涂层的实施例实施例1一种耐热涂料的制备步骤与表面涂层的喷涂工艺为：耐热涂料的制备：步骤1，将25g有机硅腻子粉、30g氧化钇氧化锆、0.5g制备例1制备得到的高温造孔剂、65g氧化锌、4g长度为1mm的碳纤维和50g水在室温下，以800rpm/min的速度搅拌3h，制得耐热涂料；表面涂层的喷涂：步骤2，表面涂层的喷涂：采用等离子体喷涂方法将硅橡胶喷到金属基材上，喷涂两层，每层喷完后，干燥20min，形成橡胶层，橡胶层总厚度4mm；步骤3，采用机械喷涂方法将耐热涂料混合液喷到橡胶层上，喷涂5层，每层喷完后，干燥20min，形成耐热涂料层，耐热涂料层总厚度10mm；制成试样。
33.实施例2与实施例1的不同之处在于：耐热涂料的制备不同；步骤1，将35g有机硅腻子粉、20g氧化钇氧化锆、1g制备例1制备得到的高温造孔剂、50g氧化锌、6g长度为1mm的碳纤维和40g水在室温下，以800rpm/min的速度搅拌3h，制得耐热涂料。
34.实施例3与实施例1的不同之处在于：耐热涂料的制备不同；步骤1，将30g有机硅腻子粉、25g氧化钇氧化锆、0.7g制备例1制备得到的高温造孔剂、60g氧化锌、5g长度为1mm的碳纤维和45g水在室温下，以800rpm/min的速度搅拌3h，制得耐热涂料。
35.实施例4与实施例3的不同之处在于：将实施例3中制备例1制备得到的高温造孔剂替换成等重量的制备例2制备得到的高温造孔剂。
36.实施例5与实施例3的不同之处在于：将实施例3中制备例1制备得到的高温造孔剂替换成等重量的制备例3制备得到的高温造孔剂。
37.实施例6与实施例3的不同之处在于：步骤2不同；步骤2，表面涂层的喷涂：采用等离子体喷涂方法将氟橡胶喷到金属基材上，喷涂两层，每层喷完后，干燥20min，形成橡胶层，橡胶层总厚度4mm。
38.实施例7与实施例3的不同之处在于：表面涂层的喷涂方式不同；不进行步骤2，直接进行步骤3。
39.实施例8与实施例3的不同之处在于：步骤2不同；步骤2，表面涂层的喷涂：采用机械喷涂方法将硅橡胶喷到金属基材上，喷涂两层，每层喷完后，干燥20min，形成橡胶层，橡胶层总厚度4mm。
40.对比例1与实施例3的不同之处在于：不添加高温造孔剂。
41.对比例2与实施例3的不同之处在于：将实施例3中0.7kg的高温造孔剂替换成5kg的高温造孔剂。
42.对比例3与实施例3的不同之处在于：不添加碳纤维。
43.对比例4与实施例3的不同之处在于：不添加氧化锌。
44.对比例5与实施例3的不同之处在于：用市面上购买的造孔剂替换实施例3中等重量的高温造孔剂，厂家：青州市华臻磨料科技有限公司。
45.性能检测试验采用实施例1至8和对比例1至5中制得的试样进行性能测试，检测表面涂层含气量、导热系数、隔热温差与结合强度降低值；含气量检测依据“硬化混凝土气泡参数试验(直线导线法)”；导热系数检测依据“gb/t 10295-2008”；隔热温差检测：将100mm
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100mm试样涂覆有耐热涂料层的一面置于电加热功率2000w电炉子上，加热试样表面，同时利用红外测温仪测量试样背面的金属基材温度，每隔30min测量一次试样表面温度，直到温度连续3次不变化时终止；记录涂层表面温度与背面温度，并计算温差；结合强度检测：参考gb/t 8642-2002的检测方法，在400℃的环境下，检测试样的表面涂层与金属基材1d、20d的结合强度降低值；测试结果如表1所示；
结合实施例1、2和实施例3，可以看出，实施例1、2、3中原料配比不同，实施例3的原料配比最佳，因此从试样的含气量、导热系数、隔热温差与结合强度降低值来看，实施例3制得的试样隔热能力最好，由于实施例3的试样1d到20d结合强度降低值最低，因此该试样的耐热老化性最好。
46.结合实施例3和4、5，可以看出，实施例4采用制备例2制备得到的高温造孔剂，制备例2使用棒状氧化锌，因此，制得的高温造孔剂也为棒状；实施例5使用纳米级氧化锌，因此，制得的高温造孔剂粒径较小；实施例4与5制备得到的涂覆有表面涂层的试样隔热能力及耐老化能力均不及实施例3得到的涂覆有表面涂层的试样；证明，氧化锌的形状与粒径对耐热涂料的制备很关键。
47.结合实施例3和6、7、8，可以看出，实施例6采用氟橡胶代替实施例3的硅橡胶，实施例7不喷涂硅橡胶，实施例8采用机械喷涂方法喷涂硅橡胶；实施例7、8制得的试样隔热能力及耐老化能力均不及实施例3制得的试样；证明，硅橡胶的添加与否与涂覆方法对试样的隔热能力及耐老化能力影响均较大；实施例6中制得的试样隔热能力及耐热老化能力与实施例3的试样相当，证明硅橡胶与氟橡胶均能够充当表面涂层的橡胶层。
48.结合实施例3和对比例1、对比例2，可以看出，对比例1不添加高温造孔剂，对比例2添加过量的高温造孔剂，对比例1与对比例2制得的试样的隔热能力及耐热老化能力均比实施例3制得的试样差；证明，高温造孔剂的添加与否对耐热涂料的性能及其重要，且高温造孔剂的添加量也对耐热涂料的性能及其重要。
49.结合实施例3和对比例3、对比例4，可以看出，对比例3不添加碳纤维，对比例4不添
加氧化锌，对比例3与对比例4制得的试样的隔热能力及耐热老化能力均比实施例3制得的试样差；证明，碳纤维与氧化锌的添加与否对耐热涂料的耐热性能和耐热老化性能及其重要。
50.结合实施例3和对比例5，可以看出，市售造孔剂添加至耐热涂料中，代替本技术的高温造孔剂，制得的试样的隔热能力及耐热老化能力均比实施例3制得的试样差；证明，本技术的高温造孔剂与耐热涂料中其他原料配合，造孔效果好，制得的试样隔热能力及耐热老化能力好。
51.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种耐热涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料制得：25-35份有机硅腻子粉、20-30份氧化钇稳定氧化锆、0.5-1份高温造孔剂、50-65份耐高温金属氧化物、4-6份碳纤维与40-50份水；所述高温造孔剂包括0.03-0.05份氧化锌、0.3-0.6份葡萄糖酸、0.08-0.1份海藻酸钠、0.003-0.005份过硫化盐、0.2-0.4份氢氧化钾、0.005-0.0075份n,n－亚甲基双丙烯酰胺和水；上述所有原料基准都是相同的，以有机硅腻子粉为基准。2.根据权利要求1所述的一种耐热涂料，其特征在于，所述氧化锌为球形氧化锌。3.根据权利要求1所述的一种耐热涂料，其特征在于，所述氧化锌的粒径为0.05-0.2mm。4.根据权利要求1-3任一所述的一种耐热涂料，其特张在于：所述耐热涂料的制备方法包括以下步骤：s1，制备高温造孔剂：将葡萄糖酸与水搅拌，加入氢氧化钾，反应后冷却至室温；氮气保护下加入球形氧化锌与海藻酸钠，搅拌后加入n，n－亚甲基双丙烯酰胺、过硫化盐，在60-80℃条件下反应3-5h后生成凝胶状的高温造孔剂；s2，将有机硅腻子粉、氧化钇氧化锆、高温造孔剂、耐高温金属氧化物、碳纤维和水混合搅拌，制得耐热涂料。5.一种表面涂层，其特征在于，所述表面涂层包括权利要求1-3任一所述的耐热涂料制成的耐热涂层。6.一种表面涂层，其特张在于：包括权利要求5的耐热涂层与橡胶层，橡胶层用于连接金属基材。7.根据权利要求6所述的一种表面涂层，其特张在于：所述橡胶层为硅橡胶或氟橡胶制成。8.根据权利要求6所述的一种表面涂层，其特张在于：所述金属基层位于外表面，橡胶层与金属基材高温一侧连接，耐热涂层与橡胶层连接。9.根据权利要求5所述的一种表面涂层，其特张在于：所述表面涂层的涂覆方法包括以下步骤：步骤1，制备耐热涂料；步骤2，采用机械喷涂方法将耐热涂料的水溶液喷到金属基材上，喷涂厚度为8-12mm。10.根据权利要求6-8任一所述的一种表面涂层，其特张在于：所述表面涂层的涂覆方法包括以下步骤：步骤1，制备耐热涂料；步骤2，采用等离子体喷涂方法将橡胶喷到金属基材上，形成橡胶层，喷涂厚度为2-5mm；步骤3，采用机械喷涂方法将耐热涂料喷到橡胶层上，喷涂厚度为8-12mm。

技术总结

本申请涉及涂料领域，具体公开了一种耐热涂料和表面涂层。本申请的一种耐热涂料包括以下重量份的原料制得：有机硅腻子粉、氧化钇稳定氧化锆、高温造孔剂、耐高温金属氧化物、碳纤维与水；高温造孔剂包括氧化锌、葡萄糖酸、海藻酸钠、过硫化盐、氢氧化钾、N,N－亚甲基双丙烯酰胺和水；上述所有原料基准都是相同的，以有机硅腻子粉为基准；其中，耐热涂料层与橡胶层用于制备耐高温的表面涂层。本申请的一种耐热涂料和表面涂层具有使用低成本的方式进一步增强耐热涂料的耐热性能与耐热老化性的效果。增强耐热涂料的耐热性能与耐热老化性的效果。