专利名称：金属高温绝缘膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属高温防护层，具体是金属高温绝缘膜。
金属的低温防护通常是采用漆膜、电镀膜、钝化膜和阴极防护等技术，以避免环境对金属构件的腐蚀损坏。但上述技术在250℃以上的高温便失效，致使许多热工设备在高温下裸体工作，腐蚀损坏非常严重，据统计，我国1998年因金属腐蚀造成的经济损失至少达2800亿元，工业发达国家每年因金属腐蚀造成的经济损失占国民生产总值的2-4％，我国占6％，全世界每年金属产量的20-40％——相当于一亿吨以上的金属被腐蚀损耗，这已成为一个国际性严重问题。近代的等离子喷涂、热喷涂和搪瓷技术因受空间、环境和条件的限制，并不适合现场大型热工设备的需要。我国曾从西方进口金属高温防护涂料，例如英国的叶子牌，日本的Silicon IZ型涂料，我国冶金工业也研制了TH-1.2型涂料，它们的耐热也是在400℃以下，并且寿命不长。航天工业研制的金属高温防护涂料，寿命是瞬时的，也不适合热工设备的要求，因此，金属高温防护涂料仍然是个急待解决的问题。由于金属辐射能力太低，不利于高温辐射加热，也不利于对热辐射的吸收，所以降低了锅炉、热交换器和石油热裂解的工作效率，如果金属高温防护膜上具有高辐射率的功能，那么在热交换领域可节能10％左右。金属是良导体，如果金属高温防护膜具有绝缘的功能，这不但增加了设备的安全性，而且与电热膜结合将开发新的产品领域。
本发明的目的就是提供一种金属高温绝缘膜，具有耐高温、耐腐蚀、高辐射率和良好绝缘性等特点，且膜与基体结合牢固，耐热冲击和机械冲击。
本发明的技术方案是膜涂料的配方是由四部分组成(按涂料总重量的百分比计)增黑剂5-10％；填充剂20-30％；添加剂5-10％；粘结剂60-70％；其中增黑剂的配方为(按增黑剂总重量的百分比计)MnO220-30％； Fe2O350-60％；Co2O35-10％；CuO5-20％；
填充剂的配方为(按填充剂总重量的百分比计)SiO240-50％； Cr2O35-10％；高岭土20-30％； 高分子粉剂 5-10％；添加剂的配方为(按添加剂的总重重的百分比计)羧甲基纤维素 15-20％；有机膨闰土 15-20％；硅胶 5-10％；邻苯二甲酸二丁酯 5-10％；偶联剂 5-10％；蓖麻油 5-10％；松香 5-10％；硅酸钠 15-20％；粘结剂的配方为(按粘结剂的总重量百分比计)改性硅酸钠溶液 50-60％；改性有机硅油 15-20％；硅溶胶 10-15％；二甲苯 5-10％；正丁醇 5-10％；水溶高分子液 10-15％；根据上述技术方案，为了提高金属表面的辐射系数，在配方中加进增黑剂，可把辐射系数提高到0.9以上，因为该增黑剂是由Fe2O3、MnO2、Co2O3和CuO按比例混合烧结而成，而Fe3+、Mn4+、Co3+、Cu2+离子半径接近，高温烧结时彼此取代掺杂，因而增加了杂质能级，提高红外波段的辐射率，其烧结产物，根据旋靶X光衍射分析是Fe3O4、CoFe2O4、FeMnO4等，它们辐射率高又耐酸碱盐的腐蚀。
本发明配方中的填充剂是以致网剂SiO2、Al、高岭土、高分子粉剂组成，致网剂在粘结剂帮助下形成三维网状结构，其键连接量离子键和共价键，键能大(0.25-8ev)，键力强，形成的高温绝缘膜量强度大，且为致密的多相体系。其主要网状结构量O-Si-O无论是低温或是高温都保持宏观无序的非晶状态，结构间隙1.58-2.64范围，而离子O2-、Cl1-、S4+的离子半径依次是1.4、1.81和0.53，水的分子半径则更大，它们不易渗过O-Si-O网状结构，也就不容易接触金属基体进行腐蚀，在涂料的添充剂中不但有表面能很高的金属氧化物和无机矿物粉末，还有表面能很低的高分子聚合物，它们在偶联剂的帮助下，不是“油水”分离，而且润湿性、分散性都很好的有机组合，烧结后成为坚硬的薄膜。
本发明配方中的添加剂用以调节涂料的性能，达到涂料用料少，作用大的目的。
涂层烧结后的绝缘薄膜要在热冲击及机械冲击下不脱落，关键在于粘结剂、过渡层和薄膜与金属基体热力学上相匹配。本发明的粘结剂是若干种无机成份和若干种有机成份分别改性相容再复合而成的，偏于弱碱性，提供羟基(OH-)和提供正离子的金属基体表面形成化学键的结合——离子键甚至共价键，在偶联剂的帮助下通常可实现共价健的结合，在涂料中可提供离子Cr3+、Si4+、Co3+、Al3+和Mg8+，其半径分别为0.64、0.41、0.63、0.51和0.65，它们在烧结反应中容易渗进金属基体界面，与Fe基、Al基、Cu基固容形成界面过渡界，产生“钉扎”效应。
本发明金属高温绝缘膜的制备方法是1、制备增黑剂将MnO2、Fe2O3、Co2O3和CuO按配比放入生料粉混和机内进行混合，然后在高温下烧结，之后进行粉碎；2、制备填充剂将SiO2、Cr2O3、Al、高岭土和高分子粉剂粉碎后放入混合机中混合即成；3、将添加剂中的固体部分全部粉碎后，放入混合机混合制成固体添加剂，将添加剂中的液体部分混合后制成液体添加剂；4、粘结剂的制备、将水溶高分子液加热，边加热边加进硅溶胶边搅拌，再加进二甲苯、正丁醇、边加热边搅拌加进改性有机硅油，再加进改性硅酸钠溶液在60-80℃范围搅拌，使其溶合成为半透明的胶体；5、金属高温绝缘膜涂料的制备①、将增黑剂、填充剂、固体添加剂放入粉剂混和机内进行混合搅拌成固体粉剂，之后进入球磨机内；②、将粘结剂和液体添加剂放入液体搅拌机内进行混合搅拌后也进入球磨机内，③、在球磨机内制成500-600目，PH＝8-9，固含量30-40％的涂料；6、金属高温绝缘膜的制备(1)对待施工的金属进行表面除锈、去油处理，(2)然后涂敷一层偶联稀析液；(3)待偶联稀析液干后涂敷一层涂料，第一层干后再涂敷第二层；(4)自然凉干涂敷工件24小时；(5)烧结成膜室温——100℃ 升温1小时，保温2小时；100℃——200℃ 升温1小时，保温1小时；200℃——600℃ 升温1小时，保温2小时；烧结完毕，随炉冷却即可。
本发明提供的金属高温绝缘膜具有耐高温、耐腐蚀、高发射率、良好绝缘性能等特性，膜与基体结合牢固，耐热冲击和机械冲击，在钢铁、铝、铜或者合金上试用，都得到良好的效果，经测试1、膜辐射率可根据需要在∑＝0.3-0.9范围调整；2、膜可长期工作于1100℃以下的温度；3、膜可长期承受酸、碱、盐腐蚀和氧化腐蚀；4、钢铁上的膜可反复承受800℃室温热冲击；5、膜可在1米高自由落到水泥地板而不会从基体剥落；6、膜技术可在各种金属上实施；7、膜的颜色可按需要调节。
实施例以制备1000g金属高温绝缘膜为例，取增黑剂70g，其中MnO217.5g、Fe2O338.5g、Co2O37g、CuO 7g，放入生料粉混合机内混合后在1300℃高温下烧结，然后粉碎成400目。
取填充制250g，其中SiO2112.5g、Al 35.7g、Cr2O320g、高岭土 62.5g、高分子粉剂为聚乙烯醇树酯17.5g，粉碎至全部粒度在300目以上，用混合机混合待用。
取添加剂80g，其中羧甲基纤维素16g，有机膨润土16g、硅胶8g、邻苯二甲酸二丁酯4g、偶联剂4g、蓖麻油8g、松香8g、硅酸钠16g，将固体部分粉碎达300目以上，用混合机混合制成固体添加剂，液体部分混合后制成液体添加剂；取粘结剂600g，其中改性硅酸钠溶液300g、改性有机硅油120g、硅溶胶60g、二甲苯30g、正丁醇30g，水溶高分子液为邻苯二甲酸二丁酯60g，把水溶高分子液加热到60℃，边加热边加进硅溶胶边搅拌，再加进二甲苯、正丁醇、边加热边搅拌，加进改性有机硅油，再加进改性硅酸钠溶液在60-80℃范围搅拌，使其溶合成为半透明的胶体。
将增黑剂、填充剂、固体添加剂放入粉剂混合机内搅拌混合成固体粉剂后进入球磨机，将液体添加剂、粘结剂放入液体搅拌机内搅拌混合成复合粘结剂后进入球磨机，在球磨机内制成600目，PH＝8-9，固含量30-40％的金属高温绝缘涂料。
将待施工的金属进行表面清理除锈去油，然后在金属干净表面涂敷一薄层偶联稀析液；待偶联稀析液干后涂敷第一层涂料，第一层干后涂敷第二层涂料；自然凉干涂敷工件24小时；最后烧结成膜室温——100℃ 升温1小时，保温2小时；100℃——200℃ 升温1小时，保温1小时；200℃——600℃ 升温1小时，保温2小时；烧结完毕，随炉冷却即可。
权利要求
1.一种金属高温绝缘膜，膜涂料的配方是由四部分组成(按涂料重量百分比计)增黑剂 5-10％；填充剂 20-30％；添加剂 5-10％；粘结剂 60-70％；其中增黑剂的配方为(按增黑剂总重量的百分比计)MnO220-30％； Fe2O350-60％；Co2O35-10％；CuO 5-20％；填充剂的配方为(按填充剂总重量的百分比计)SiO240-50％； Cr2O35-10％；高岭土 20-30％； 高分子粉剂 5-10％；添加剂的配方为(按添加剂的总重量的百分比计)羧甲基纤维素 15-20％；有机膨闰土15-20％；硅胶 5-10％；邻苯二甲酸二丁酯 5-10％；偶联剂5-10％；蓖麻油5-10％；松香 5-10％；硅酸钠15-20％；粘结剂的配方为(按粘结剂的总重量百分比计)改性硅酸钠溶液50-60％；改性有机硅油 15-20％；硅溶胶10-15％；二甲苯5-10％；正丁醇5-10％；水溶高分子液 10-15％；
2.一种制备权利要求1所述的金属高温绝缘膜的方法，具体步骤如下①制备增黑剂将MnO2、Fe2O3、Co2O3和CuO按配比放入生料粉混和机内进行混合，然后在高温下烧结，之后进行粉碎；②制备填充剂将SiO2、Cr2O3、高岭土和高分子粉剂粉碎后放入混合机中混合即成；③将添加剂中的固体部分全部粉碎后，放入混合机混合制成固体添加剂，将添加剂中的液体部分混合后制成液体添加剂；④、粘结剂的制备、将水溶高分子液加热，边加热边加进硅溶胶边搅拌，再加进二甲苯、正丁醇、边加热边搅拌加进改性有机硅油，再加进改性硅酸钠溶液在60-80℃范围搅拌，使其溶合成为半透明的胶体；⑤、金属高温绝缘膜涂料的制备A、将增黑剂、填充剂、固体添加剂放入粉剂混和机内进行混合搅拌成固体粉剂，进入球磨机内；B、将粘结剂和液体添加剂放入液体搅拌机内进行混合搅拌后也进入球磨机内，C、在球磨机内制成500-600目，PH＝8-9，固含量30-40％的涂料；⑥、金属高温绝缘膜的制备A、对待施工的金属进行表面除锈、去油处理，B、然后涂敷一层偶联稀析液；C、待偶联稀析液干后涂敷一层涂料，第一层干后再涂敷第二层；D、自然凉干涂敷工件24小时；E、烧结成膜室温——100℃ 升温1小时，保温2小时；100℃——200℃ 升温1小时，保温1小时；200℃——600℃ 升温1小时，保温2小时；烧结完毕，随炉冷却即可。
全文摘要
本发明涉及一种金属高温绝缘膜,膜涂料的配方是由四部分组成,即:增黑剂5—10%;填充剂:20—30%;添加剂:5—10%;粘结剂:60—70%;其制备工艺是:将增黑剂、填充剂、固体添加剂放入粉剂混合机内混合成固体粉剂,将粘结剂、液体添加剂放入液体搅拌机内混合成复合粘结剂,复合粘结剂及固体粉剂进入球磨机内制成600目膜涂料,将该涂料喷涂到金属工件上,自然晾干后再烧结即成,本发明具有耐高温,耐腐蚀,高发射率,良好绝缘性等特点,且耐热冲击和机械冲击。
文档编号C09D5/08GK1269384SQ0011328
公开日2000年10月11日 申请日期2000年2月22日 优先权日2000年2月22日
发明者曾庆衿 申请人:曾庆衿