耐高温黑色喷漆的耐热性改良

   日期:2021-06-17     浏览:284    
核心提示:耐高温黑色喷漆的耐热性改良张志良1,宁智勇1,郑吕凤1,凌辉1,2,3,刘家1(1.广东三和化工科技有限公司,广东中山 528429;2.广
耐高温黑色喷漆的耐热性改良
张志良1,宁智勇1,郑吕凤1,凌辉1,2,3,刘家1(1.广东三和化工科技有限公司,广东中山 528429;2.广东阜和实业有限公司,广东中山 528434;3.广东三和控股有限公司,广东中山 528429)

0 前 言
在高温环境中,金属材料易与空气中的氧发生氧化反应而产生腐蚀,破坏金属材料的结构,进而造成潜在质量安全隐患。随着航空、海工、石油化工等领域的迅速发展,高温设备及其配套设施的应用日益广泛,对金属材料使用性能的要求日趋严格。为满足金属材料能在更加高温及更苛刻的腐蚀环境下作业,而不会发生氧化腐蚀,需采用耐高温涂料加以保护,以达到延长高温设备的使用寿命,消除潜在质量安全隐患。
耐高温涂料一般是指涂膜在200 ℃以上不起泡、不粉化、不龟裂、不脱落,允许有轻微失光,能保持适当物理机械性能的涂料。耐高温喷漆是耐高温涂料中的一种,具有施工操作、灵活简单、携带方便、喷涂雾化效果好、喷出率高等特点,不仅打破了传统涂料施工困难的难题,而且有效地防止金属材料发生高温氧化腐蚀,广受人们的青睐。
耐高温涂料的研究,一直是国家技术发展的一个热点。公司现有耐高温黑色喷漆的耐热性≤400℃,难以抵抗更高的使用温度及更苛刻的腐蚀环境。因此,提高耐高温黑色喷漆的耐热性具有很大的必要性和实用性。

1 试验部分
1.1 试验材料
聚甲基有机硅树脂、聚甲基苯基有机硅树脂、复合性填料,工业级,中山科邦化工;炭黑、铜铬黑、锰铁黑颜料,工业级,科勒颜料;防沉剂,工业级,海名斯;BYK-104S分散剂,工业级,广州市易通高分子材料;二甲醚(DME)抛射剂,工业级,肇庆市高能达化工;二甲苯、丁酯溶剂,工业级,深圳江海天化工。
1.2 试验器材
砂磨、分散、搅拌多用机,SFJ-400,上海现代环境工程技术有限公司;分析天平(精度0.01 g),ES4100,德安特电子天平;半自动封口充气设备,CJXH-1600A,武汉洁瑞仕机电工程有限公司;马弗炉,SX2-4-10,兴化市通瑞电热合金有限公司;小型砂磨机,NG-1.5,上海嫩谷机电设备有限公司;气雾罐,广州赛邦印铁制罐有限公司;阀门及配套按头,山市联昌喷雾泵有限公司;砂纸,320目、800目,深圳市嘉华隆五金有限公司等。
1.3 试验制备方法
1.3.1 预制浆的制备
按表1将有机硅树脂、分散剂投入反应杯中,开机搅拌至分散均匀,在600 r/min转速下依次缓慢加入颜料、填料,高速散均匀至目测无明显干粉颗粒;将预制浆经小型砂磨机砂磨至色浆细度低于20 μm。

1.3.2 耐温黑色喷漆及样板的制备
耐高温色喷漆制备:按表2将二甲苯、丁酯按一定比例加入反应杯中,开机搅拌均匀后加入预制浆、流平剂和防沉剂,以800 r/min分散均匀后用滤布过滤,灌装至盛装有玻璃珠的气雾罐中,加入阀门,进行封口和充填抛射剂,装上按头即制得耐高温黑色喷漆。

样板制备:选用钢板(尺寸为100 mm×100 mm ×1.5mm),依次使用320目、800目砂纸打磨,再用无水乙醇清洗干净;将喷漆充分摇匀后,来回均匀地喷涂在钢板上,室温干燥待用,控制涂膜厚度为(18±3) μm。
1.4 试验指标
1.4.1 预制浆细度
细度主要是测定色漆、油墨和色浆的颜料颗粒大小和分散程度,以微米(μm)表示。预制浆经砂磨机砂磨一段时间后,用0~50 μm双槽细度刮板计刮板,目测其细度。
1.4.2 涂膜外观
目测法,观察表干后涂膜外观是否平整光滑,或耐温后涂膜有无失光、粉化、开裂等异常现象。
1.4.3 涂膜光泽度
按GB/T 1743—1979 《漆膜光泽度测定法》中的规定进行,用60°光泽度仪检测。
1.4.4 耐热性能和冷热交变性能
耐热性能:待样板自然干燥1 d后,置于马弗炉中,调到200 ℃保留一段时间后取出,观察涂膜外观有无异常;若无异常,将样品放回马弗炉中,继续提高温度,保持5 h后取出观察,如无异常则继续加热,直至涂膜外观出现粉化、流失、开裂、脱落等异常现象,记录高温度为Tmax。
冷热交变性能:将马弗炉温度控制比Tmax低50~100 ℃,进行冷热交变试验,持续高温4~8 h后取出冷却至室温;再次持续高温4~8 h后取出冷却至室温。反复多次试验,若涂膜无异常,则说明涂膜冷热交变性能良好。
1.4.5 涂膜附着力
按GB/T 9286《色漆和清漆 漆膜的划格试验》中的规定进行,测试耐高温黑色喷漆在一定温度下烘烤5 h后的涂膜附着力。
2 结果与讨论
2.1 树脂的选择
有机硅树脂是耐高温喷漆必不可少的基料,可单独作为基料或与其他树脂拼用,在配方体系中,与适当的热稳定颜填料配伍可提高涂膜的耐热性。随着温度升高,有机硅树脂中的有机基团受热分解成高度交联的硅氧结构,使有机硅耐高温喷漆“二次成膜”,形成新的耐高温Si—O链保护层。
按照1.3试验制备方法,在不添加填料的条件下,以炭黑为颜料,制备耐高温黑色喷漆,对比两种有机硅树脂的耐热性,所得结果如表3所示。

由表3可知,两种有机硅树脂的涂膜光泽度高,但聚甲基苯基有机硅树脂的耐热性明显优于聚甲基有机硅树脂。这是因为聚甲基苯基有机硅树脂一般由CH3SiO3/2、(CH3)2SiO2/2、C6H5SiO3/2等硅氧烷链节组成,树脂中引入苯基硅氧链节,使其在热弹性、力学性能、与无机填料的配伍性方面明显优于聚甲基硅树脂。因此,宜选择聚甲基苯基有机硅树脂作为基料。
2.2 颜填料的选择
有机硅树脂本身的耐热性较差,与适当的颜填料配合使用可提高涂膜具有更优秀的耐热性。因此,耐高温颜填料的选用对耐高温喷漆至关重要,选用不合适的颜填料终会造成涂膜流失、粉化、开裂等问题。
2.2.1 耐高温黑色颜料的选择
市面上常见的耐高温黑色颜料主要包括炭黑、锰铁黑、铜铬黑、石墨及其他金属相混黑色颜料。本试验按照1.3试验制备方法,在不添加填料的前提下,制备不同预制浆的耐高温黑色喷漆,对比炭黑、锰铁黑和铜铬黑3种耐高温黑色颜料的耐热性,所得结果如表4所示。

由表4可知,炭黑色浆的细度比锰铁黑、铜铬黑小;以炭黑为颜料时涂膜光泽度高,以锰铁黑或铜铬黑为颜料时涂膜光泽度较低。炭黑的着色力和遮盖力强,但耐热性差;锰铁黑比炭黑具有更高的耐热性,但其着色力低于铬铜黑;铜铬黑的颜色呈深黑色,与其他黑色颜料相比,耐热性高,适用于对高温热稳定性和化学惰性要求较高的领域。因此,耐高温颜料宜选择铜铬黑为佳。
2.2.2 填料的选择
在高温条件下,填料可与有机硅树脂的官能团发生化学反应,形成具有一定黏结力和保护力的硅氧键,加强了涂层的热负荷承担能力,使得涂料的高温附着力升高。云母粉多为片状或叶片状结构,其独特的二维片状可阻隔、屏蔽紫外光,有利于提高涂膜的抗渗透性、抗粉化性、耐腐蚀性和耐热性。片状或纤维状结构的滑石粉可提高耐高温涂料在高温时的挠曲刚度,降低涂料制造成本和提高涂膜硬度等作用,但添加量过多易使涂膜失光和粉化,常与云母粉或低熔点玻璃粉搭配使用。B-400复合性填料,由滑石粉、低熔点玻璃粉、空心微珠等填料搭配而成,具有改善涂层的抗粉化性、耐热性和盐雾性能等,可降低涂料成本。
本文选用复合性填料,既有效地缩短研发时间,提高研发效率,又降低研发成本。复合性填料用量对耐高温黑色喷漆耐热性的影响,如图1所示。

由图1可知,增加复合性填料,能有效地提高耐高温黑色喷漆的涂膜耐热性。为确保涂膜长期耐650℃高温,涂膜高耐热性应≥700 ℃,故复合性填料用量为18 g为佳。
2.3 阀门的选择
喷漆(或气雾漆)是指把树脂、溶剂、颜填料、抛射剂等,装入气雾罐中,通过阀门释放装置控制,使该混合物以气溶胶形式喷出的自加压包装形式的产品。其中常用的阀门为雄阀,其计量孔直径为0.33~0.51 mm。由此可见,喷漆对预制浆的细度要求非常严格,行业内要求预制浆细度控制在20 μm以下。若预制浆的细度高或涂料返粗,均易导致阀门堵塞。雌阀无计量孔,其特殊设计的阀室、促进器和喷嘴联合作用,可获得佳的喷出效果,特别适用于涂料喷涂的应用。和雄阀对比,雌阀的驱动器杆和内垫圈的摩擦少,启动时操作省力。因此,选择雌阀作为耐高温黑色喷漆的气雾阀门,在一定程度上防止涂料堵塞阀门。

3 结 语
(1)选用聚甲基苯基有机硅树脂作为基料,耐高温颜料填料选择铜铬黑和复合性填料,且复合性填料用量为18 g时,配合添加适量的助剂,制得的耐高温黑色喷漆可室温干燥,并长期耐650 ℃高温。
(2)聚甲基苯基有机硅树脂的耐热性明显优于聚甲基有机硅树脂;铜铬黑的耐温性优于锰铁黑和炭黑;复合性填料用量为18 g时,不仅降低涂料的成本,而且保证了涂膜长期耐650 ℃高温;选择雌阀为气雾剂阀门,能有效地改善阀门堵塞问题。
 









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