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飞机用有机硅耐高温绝缘涂料的制备,针对飞机高温钢部件绝缘的需求,制备了一种有机硅耐高温绝缘涂料
2019年09月20日    阅读量:1458     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿


0 引言

耐高温涂料一般是指在200℃以上漆膜不脱落、仍能保持适当物理- 机械性能的涂料。其应用非常广泛:例如冶金行业使用的热连轧机、板坯连铸机、高炉焦炉等表面;石化行业使用的高温裂解炉;热力发电行业蒸汽锅炉的表面;汽车的排气管和发动机外壳;航天航空器等设备。

一般耐高温涂料分为两大类:一类是以有机硅树脂为代表的有机耐高温涂料,另一类为无机耐高温涂料中国机械网okmao.com。无机耐高温涂料品种较少,且力学性能等相对较差,因此有机耐高温涂料发展较快,其应用范围也越来越广泛。


在飞机等一些特殊的应用场合,涂层耐受高温性的同时,还需具有良好的绝缘性能,这对涂层提出了极苛刻的要求。本研究利用有机硅树脂和绝缘填料,制备了一种能长期耐600℃、短期耐700℃的耐高温绝缘涂料,经航空厂十多年应用,效果良好。


1 试验部分

1.1 原材料

有机硅树脂:道康宁等;陶瓷粉、玻璃粉、石英砂、碳化硅、滑石粉、磷酸锌、二甲苯、乙酸丁酯:工业品;助剂:BYK。

1.2 仪器设备

分散机:德国DISPERMAT 公司;盐雾试验箱:美国Q-PANEL 公司;湿热试验箱:美国Q-PANEL公司;烘箱:上海实验仪器厂。

1.3 涂料/ 涂层制备

1.3.1 涂料制备

按表1 配比在有机硅树脂中加入陶瓷粉、玻璃粉、石英砂、碳化硅、滑石粉、磷酸锌等颜填料及助剂、少量溶剂,搅拌均匀,然后用砂磨机研磨至规定的细度,加入溶剂分散,过滤,即得成品涂料。

耐高温绝缘涂料配方

飞机用有机硅耐高温绝缘涂料的制备,针对飞机高温钢部件绝缘的需求,制备了一种有机硅耐高温绝缘涂料 中国机械网,okmao.com

1.3.2 涂层制备

涂层的制备包括底材处理、涂料的施工和涂层固化。

底材处理:将45# 钢板用有机溶剂除油、打磨除锈,再用溶剂清洗干净,干燥。

涂料施工:将涂料各组分按规定的配比混合,搅拌均匀,空气喷涂在钢板上,表干后再进行下一道施工。涂层厚度控制在50~100 μm。

涂层固化:将施工完毕的钢板常温放置1 h 后,放在200℃烘箱中,2 h 后即可完全固化。

1.4 性能测试

1.4.1 耐热性

按GB/T 1735—2009《色漆和清漆 耐热性的测定》进行耐热性测试:将涂装了耐高温涂料的钢板试片放入烘箱中,从室温升至700℃,保温5 h ;再冷却至室温后取出。用放大镜观察涂层表面状况,用500 V 摇表测试涂层电阻。

1.4.2 耐环境性

按GB/T 1733—1993《漆膜耐水性测定法》进行耐水性测试;按GB/T 1734—1993《漆膜耐汽油性测定法》进行耐油性测试;按GB/T 1771—2007《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》进行耐盐雾性测试;按GB/T 1740—2007《漆膜耐湿热测定法》进行耐湿热性测试。试验结束后,检查涂层表面状况。

1.4.3 力学性能

按GB/T 1731—1993《漆膜柔韧性测定法》进行柔韧性测试;按GB/T 1732—1993《漆膜耐冲击测定法》进行耐冲击性测试;按GB/T 1730—1993《漆膜硬度测定法 摆杆阻尼试验》中A 法进行硬度测试。

 

2 结果与讨论

2.1 耐高温树脂体系的选择

有机硅树脂以Si—O 键为主链,其键能为443.7 kJ/mol,较C—C 键能(347 kJ/mol)高很多。由于Si—O 键极性大、键能高,在高温下不易断裂,提高了树脂的热稳定性。在温度超过有机硅树脂

的分解温度时,有机硅树脂的硅烷键断裂分解,而残余的Si—O 键可与部分颜填料及Fe 结合,生成Si—O—(Fe)合金层。合金层的形成大大提高了涂层与基材的黏结能力,不仅热、氧不易侵入,而且涂层的附着力进一步提高,大幅提升耐高温性。因此,高温环境下使用有机硅涂料,对树脂和颜填料的选择与匹配有较高要求。选用国内外耐高温性较好的5 种有机硅树脂进行试验,试验结果见表2。

5 种有机硅树脂性能比较

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由表2 可见:道康宁4# 有机硅树脂的耐温性和绝缘性良好,漆膜硬度较高,且涂料施工性能优良,缺点是固化温度较高。为达到较高的涂料性能,选用道康宁4# 有机硅树脂作为耐高温绝缘涂料的基料。


2.2 颜填料的选择

有机硅树脂本身的分解温度一般在300℃以下,分解后,主要形成Si—O 键的形式与颜填料结合,因此,颜填料的选择与配比直接影响涂料的耐高温性。颜料主要考虑耐受高温后能够保持颜色基本不变。因客户需要黑色涂料,普通的黑色颜料(如炭黑、石墨等)在700℃高温下会全部氧化,从而导致涂层变色,因此,考虑选用黑色金属氧化物和陶瓷粉。选用颜填料的另一重点是考虑能与有机硅树脂在高温时交联成膜。


经实验,选用了黑色陶瓷粉。同时,通过加入不同熔点的玻璃粉填料,以增强硅氧键的保护效果。玻璃粉填料在没到其熔点之前呈分散的片状结构,在其熔点附近的高温条件下,玻璃粉填料熔融成膜,起着高温防护的作用。另外,涂层还应具有一定的防腐性,选用陶瓷粉、玻璃粉、石英砂、碳化硅、滑石粉、磷酸锌等颜填料进行复配试验。不同颜基比对涂层性能的影响见表3。

不同颜基比对涂层性能的影响

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由表3 可见:本涂料体系颜基比较高,这一点与常规溶剂型涂料不同。当颜基比较低时,在高温下,涂层易开裂,说明颜填料不足以与残余树脂连接成膜;当颜基比过高时,树脂不能完全浸润颜填料,导致涂层表面状态粗糙,涂层耐水性低。根据试验结果,选用涂料的颜基比为2.0,此时,涂层的耐温性和耐水性均较好。

2.3 助剂的选择

由于涂料颜基比较高,在贮存期间涂料易沉降,在施工时,加入部分溶剂,沉降更为明显。因此,在涂料中加入防沉剂,以改善防沉降性,试验结果见表4。

防沉剂对涂料性能的影响

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由表4 可见:防沉剂的加入,明显改善了涂料的防沉降性,对涂层电阻的影响不明显,但对涂层的耐温性影响极大。这可能是防沉剂的加入改变了颜填料的分布,从而改变了涂层高温后的结构所致。根据试验结果,选用3# 防沉剂体系。

2.4 涂料/ 涂层的性能

对研制的有机硅耐高温绝缘涂层进行检测,其各项性能检测结果见表5。

有机硅耐高温绝缘涂层性能指标

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由表5 可见:涂层的耐温性和绝缘性优良,同时,涂料的综合性能良好。该涂料已在飞机部件上应用十余年。应用结果表明,涂层性能良好,耐温性达到要求,综合性能满足使用要求。


3 结语

以有机硅树脂为主成膜物,配以适当的颜填料、助剂和溶剂等,制备成一种耐温达700℃的有机硅耐高温绝缘涂料。该涂料同时具有良好的物理- 机械性能和一定的防腐蚀性能,在飞机上实际使用,效果良好。


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