搜索
低熔点玻璃粉在高温油墨涂料中的应用随着现代工业和国防建设的迅速发展，对设备耐高温性能的要求越来越高。与其它耐高温氧化腐蚀方法相比，高温涂料以其大面积施工方便、成本低、效果好等优点而受到青睐，高温涂料已经广泛应用于钢铁烟囱、高温管道、高温炉外壳、石油裂解装置及军工设备等高温场所，延缓了钢铁等金属设备在高温下的热氧化腐蚀，确保设备能够长期使用。从20世纪50年代开始，人们投入大量精力研究耐高温涂料。据报道，国外已研制出可耐1427℃的高温涂料。但我国在这方面的研究相对较弱，对能耐700℃并且具有优良性能的耐高温涂料报道较少[3]。据统计，国内市场对高温涂料的年需求量在600~800t，而我国实际年产量仅为200t左右，并且产品普遍存在贮存稳定性差、附着力差、易脆化、耐高温时效短等问题[4]。本文使用耐热性能良好的有机硅树脂作为基料，通过配方优化，研制出一种能耐700℃并具有优良耐高温性能的涂料。采用扫描电镜和光学显微镜研究了涂层在不同温度下处理1h后的外观形貌特征，论述了低熔点玻璃粉D250在二次成膜时起到的重要作用。试验过程与方法2.1耐热机理有机硅聚合物即聚有机硅氧烷，其结构式如下：有机硅聚合物即聚有机硅氧烷，结构式主链是由—Si—O—Si—组成，在有机硅高聚物中，Si—O的共价键能比普通有机高聚物C—C的共价键能大，高达451kJ/mol，而C—C和C—O的键能分别为345kJ/mol和335kJ/mol，这就增加了有机硅高聚物的键能稳定性。普通高聚物中的C—C键受热氧化，很容易断裂成低分子物；而有机硅高聚物中Si原子上连接的烃基受热氧化后，生成的是高度交联的更加稳定的Si—O—Si键，形成Si—O—Si链保护层，这是有机硅耐热涂料具有较好耐热性的直接原因[5]。有机硅树脂在400～500℃受热大量分解，低熔点玻璃粉D250在这个温度范围内熔融，代替有机硅树脂在高温下起到黏结的作用。涂层在低温阶段主要由有机硅树脂起成膜作用，在高温阶段熔融的玻璃粉形成一层完整、致密、附着力好的涂层。另外，在耐热涂料中还要加入云母、石棉、滑石粉、高岭土等硅酸盐类填料，这些填料除增加涂膜的耐热性和提高机械强度外[6-7]，由于它们的表面带有少量羟基，在研磨过程中及高温下还会发生一定的物理化学反应，使聚有机硅氧烷和硅酸盐等无机组分连接起来，从而赋予有机硅耐高温涂料优异的性能[8]。2.2试验原料苯甲基硅树脂A和B：固含量均为50%，工业品，常州市源恩公司；硅烷偶联剂：工业品，道康宁公司；安米微纳公司：低熔点玻璃粉D250：软化温度为400℃，细度400目，自制；黑色耐热颜料：工业级，市售；填料：云母粉、滑石粉均为工业级，市售，1000目；溶剂：二甲苯及正丁醇，分析纯；氨基树脂：工业品，江苏三木公司。2.3试验仪器TherMax700热重分析仪；VK-9700彩色3D激光扫描显微镜；OLYMPUSBX51高温光学显微镜；箱式电阻炉。2.4试验过程2.4.1底板处理底板采用平整、无压痕和麻点等机械缺陷的马口铁板和冷轧钢板，用10%的NaOH和10%的盐酸除油、除锈，砂纸打磨，然后用脱脂棉蘸酒精擦净，晾干，放在干燥器中备用，并保证被涂装表面清洁、干燥。2.4.2高温涂料的配制在有机硅树脂中加入定量的低熔点玻璃粉D250、颜填料、溶剂和分散剂，用搅拌机分散均匀，然后在砂磨机中研磨至细度合格后用标准筛过滤。将制备的涂料涂覆在经过表面处理的马口铁板和冷轧钢板上，待其实干后进行相关性能的测试。2.4.3性能评价譹訜附着力、细度、冲击强度、干燥时间等均按相关国家标准进行检测。譺訜耐热性：将试板置于箱式电阻炉中，从100℃开始每升高50℃恒温1h，冷却至室温，用放大镜观察试板上涂膜的情况。耐热的终点为涂膜开始出现开裂或剥落的温度减去50℃，即为涂膜完好的最后承受温度。每个样品制备3块试板，试验结果取平均值。耐冷热交变性能：将试板随炉升温到预定温度，经过一段保温时间后取出，冷却至室温（25℃左右），观察试板表面状况，反复多个循环直至涂层破坏。3结果与讨论3.1树脂的热失重测试将2种耐热性较好的有机硅树脂A和B在180℃下固化2h，然后进行热失重测试，测试结果见图1.由图1可见，有机硅树脂A在100~300℃之间质量损失非常缓慢，特别是在200℃之前，样品几乎未发生质量变化；300~550℃为快速分解区，有机硅树脂上的甲基、苯基等有机基团的分解基本发生在这个区域；550~600℃为缓慢分解区。有机硅树脂B在250~500℃为快速分解区，500~600℃为缓慢分解区。在低熔点玻璃粉的熔融温度430℃附近，有机硅树脂A的剩余质量分数为71%左右，有机硅树脂B的剩余质量分数为62%左右，这说明有机硅树脂A的耐热性高于有机硅树脂B，但考虑到有机硅树脂对涂层的附着力、机械强度、柔韧性以及耐候性等性能的影响，本试验采用有机硅树脂A和B作为耐高温涂料的基料分别配制涂料来研究涂料的综合性能。3.2涂料配方以有机硅树脂A和B作为耐高温涂料的基料，辅以低熔点玻璃粉和多种颜填料来研究涂料的基本配方。通过颜填料的筛选和配方组成的调整，选用了一种比较好的涂料配方来进行性能研究和分析。涂料配方的组成及其用量见表13.3性能检测对上述2个涂料配方进行性能检测，测试结果见表2.43.4涂层的表面形貌分析为了观察涂层在不同温度时的表面形貌变化，试验使用光学显微镜结合3D扫描显微镜对不同温度下热处理1h后的涂层形貌进行观察。由于配方1和配方2的样品形貌特征基本相同，在此以配方1样品为例。配方1在不同温度下保温1h后的涂层的显微照片（200×）见图2，在400℃和700℃保温1h后的3D扫描照片见图3结合热重分析，从图2a和b可以看出，有机硅树脂在300～400℃开始大量分解，这时玻璃粉还未烧结，涂层中有很多有机硅树脂分解后留下的孔洞，这也可从图3a中清楚地看到。本试验采用的玻璃粉在430℃时可以完全熔融。从图2c中看出，500℃时低熔点玻璃粉已经熔融，但由于与分解后的有机硅树脂残余物不能很好地相容，以至于熔融的玻璃粉在涂层中不易铺展和流动，并不能很好地填补有机硅树脂分解所生成的孔洞，因此涂层中留下了很多气孔。从图2d和e可以看出，在600℃和700℃时低熔点玻璃粉D250进一步熔化、流动铺展成连续相，已经接替有机硅树脂膜层，并与涂层中的耐高温颜填料黏附在一起，表面变得比较平滑，如图3b所示，形成了一层致密、完整的耐高温涂层。4结语(1)选择一种耐热性良好的有机硅树脂作为基料，辅以低熔点玻璃粉D250和云母、滑石等各种耐热颜填料，通过配方优化可制得在700℃保温6h后附着力仍可达到1级的高温涂料。(2)当温度达到低熔点玻璃粉D250的熔点时，低熔点玻璃粉D250熔融代替已经大量分解的有机硅树脂而二次成膜，使高温涂料完成从有机涂层向无机涂层的转变.