有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料及其应用的制作方法

本发明涉及高温隔热耐烧蚀涂料技术领域，尤其是涉及一种双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料及其应用。

背景技术：

随着我国航空航天及国防技术的发展，耐烧蚀涂料得到了越来越多的应用。比如捆绑型运载火箭体表面需要涂敷一层耐烧蚀防热涂料，以抵抗每平方米几百至上万千瓦的热流冲刷载荷。另外，火箭表面需要在表面涂覆一层耐烧蚀涂料，以抵抗燃气流温度2400k的高温和高速的燃气冲刷。目前市场上传统的防热涂层以单层酚醛树脂或环氧树脂等为基体，依靠添加低密度填料(软木粉、空心玻璃微球等)或耐高温填料(氧化铝、氧化锆、陶瓷粉等)来实现涂层的防隔热性能，这导致该类耐烧蚀防热涂料产品的功能单一，施工厚度大，大多采用刮涂为主，施工性较差，产品质量难以控制。因此研发一种组份简单、功能区分开，同时具有耐高温和耐烧蚀性能的涂料配方和制备方法，对于航空航天及国防技术的发展具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料，该涂料所形成的涂层结合强度高，能耐1500℃以上瞬时高温，经受火箭、导弹发射多次冲刷后具备可修补性，同时具有优异的防热效果，可有效保护发射装置受到烧蚀损伤，并具有较高的强度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料，为双层复合涂层体系，由内层的有机硅树脂隔热涂料和外层的钡酚醛树脂耐烧蚀涂料复合构成，所述有机硅树脂隔热涂料与所述钡酚醛树脂耐烧蚀涂料的厚度比为4～9:3～5。

所述有机硅树脂隔热涂料由以下组分及重量份含量的原料制备得到：

有机硅树脂80-100份，具有低热导率的无机隔热填料30-40份，具有补强填料2-4份，偶联剂0.5-1份，溶剂30-60份，分散助剂0.1-0.2份；

所述有机硅树脂为甲基苯基聚硅氧烷树脂，

所述具有低热导率的无机隔热填料为中空玻璃微球，

所述偶联剂为kh-550或者kh-560的一种或者组合，

所述分散助剂为无定形炭黑，

所述补强剂填料为纳米云母粉、纳米气相二氧化硅或者纳米蒙脱石粉中的一种或组合，

所述溶剂为环己酮、乙酸丁酯、丁酮、丙酮、乙酸乙酯、120#汽油或者二甲苯溶剂中的一种或者组合，

所述中空玻璃微球的外径15-30μm,密度为0.15～0.2g/cm³,室温热导率≤0.05/m·k，800℃条件下的热导率≤0.12w/m·k，抗压强度≤30mpa。

所述钡酚醛树脂耐烧蚀涂料由以下组分及重量份含量的原料制备得到：

钡酚醛树脂40-50份，碳基补强填料0.2-5份，溶剂30-60份。

所述钡酚醛树脂的固含量≥85wt％，游离酚含量≤20wt％，含胶量60wt％，

所述碳基补强填料为碳纤维，

所述溶剂为环己酮、乙酸丁酯、丁酮、乙醇、丙酮、120#汽油或者二甲苯溶剂中的一种或者组合。

所述碳纤维的直径为7-10μm、长度为1-3mm，该碳纤维先经过400-600℃，30min的马弗炉氧化处理，之后采用偶联剂和二甲苯溶剂对其表面进行湿法浸渍改性，增强其在钡酚醛树脂中的分散性。

获得的耐烧蚀隔热涂料采用高成碳率的钡酚醛树脂和以si-o键为主体的有机硅树脂为基料，配合各种填料，避免了传统的酚醛树脂固化速度慢，力学性能差的缺点，形成的涂层结合强度高，能耐1500℃以上瞬时高温，具有优异的防热效果，可有效保护发射装置受到烧蚀损伤，并具有较高的强度。

双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料的应用，采用以下方法：按配方制备的有机硅树脂隔热涂料组份，利用组分中的溶剂调配至规定可喷涂粘度，即涂料粘度杯测定为20s-30s，刮涂、辊涂或喷涂在器件表面4～9mm厚度；

按配方制备的钡酚醛树脂涂料组份，利用组分中的溶剂调配至规定可喷涂粘度，即涂料粘度杯测定为20s-30s然后在干燥的有机硅树脂隔热涂料的表面喷涂，刮涂或辊涂至3～5mm厚度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料采用有机硅树脂为隔热涂料基体，以苯酚醛树脂为耐烧蚀涂料基体，配合具有耐高温、低热导和轻质的玻璃微球和补强填料，隔热涂料和耐烧蚀涂料功能分开，避免了传统的单层酚醛/环氧树脂类高温防热涂料施工厚度大，填料复杂导致的密度高的的缺点。

(2)本发明中的产品涂膜耐高温性能好，质量烧蚀率低，双层涂膜可以保证同时获得良好的耐烧蚀和防热性能，整个涂料体系稳定，便于方便施工，储存期长。

(3)本发明的双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料采用热腐蚀氧化和化学湿法两种方法改性的1-3mm长度的短切碳纤维作为增强填料，有效的提高了碳纤维在钡酚醛树脂中的分散性，使得短切碳纤维在基体中形成了三维网络，解决了现有防热涂料烧蚀后大块脱落或中空的问题。

附图说明

图1为碳纤维在光镜下分散形貌；

图2为钡酚醛树脂耐烧蚀涂料微观sem形貌。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料，为双层复合涂层体系，由内层的有机硅树脂隔热涂料和外层的钡酚醛树脂耐烧蚀涂料复合构成，有机硅树脂隔热涂料与钡酚醛树脂耐烧蚀涂料的厚度比为4～9:3～5。

其中，有机硅树脂隔热涂料由以下组分及重量份含量的原料制备得到：有机硅树脂80-100份，具有低热导率的无机隔热填料30-40份，具有补强填料2-4份，偶联剂0.5-1份，溶剂30-60份，分散助剂0.1-0.2份；上述原料中，有机硅树脂为甲基苯基聚硅氧烷树脂，具有低热导率的无机隔热填料为中空玻璃微球，外径15-30μm,密度为0.15～0.2g/cm³,室温热导率≤0.05/m·k，800℃条件下的热导率≤0.12w/m·k，抗压强度≤30mpa，偶联剂为kh-550或者kh-560的一种或者组合，分散助剂为无定形炭黑，补强剂填料为纳米云母粉、纳米气相二氧化硅或者纳米蒙脱石粉中的一种或组合，溶剂为环己酮、乙酸丁酯、丁酮、丙酮、乙酸乙酯、120#汽油或者二甲苯溶剂中的一种或者组合。

钡酚醛树脂耐烧蚀涂料由以下组分及重量份含量的原料制备得到：钡酚醛树脂40-50份，碳基补强填料0.2-5份，溶剂30-60份。其中，钡酚醛树脂的固含量≥85wt％，游离酚含量≤20wt％，含胶量60wt％，北京玻璃钢研究设计院生产，碳基补强填料为碳纤维，直径为7-10μm、长度为1-3mm，该碳纤维先经过400-600℃，30min的马弗炉氧化处理，之后采用偶联剂和二甲苯溶剂对其表面进行湿法浸渍改性，增强其在钡酚醛树脂中的分散性。碳纤维在光镜下分散形貌如图1所示，从图中可以看出碳纤维在基体中分散良好，无明显团聚现象。溶剂为环己酮、乙酸丁酯、丁酮、乙醇、丙酮、120#汽油或者二甲苯溶剂中的一种或者组合。钡酚醛树脂耐烧蚀涂料微观sem形貌如图2所示，从图中可以看出，烧蚀后产物仍然含有碳纤维，使得短切碳纤维在基体中形成了三维网络，解决了现有防热涂料烧蚀后大块脱落或中空的问题。

双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料的应用，采用以下方法：按配方制备的有机硅树脂隔热涂料组份，利用组分中的溶剂调配至规定可喷涂粘度，即涂料粘度杯测定为20s-30s，刮涂、辊涂或喷涂在器件表面4～9mm厚度；

按配方制备的钡酚醛树脂涂料组份，利用组分中的溶剂调配至规定可喷涂粘度，即涂料粘度杯测定为20s-30s，然后在干燥的有机硅树脂隔热涂料的表面喷涂，刮涂或辊涂至3～5mm厚度。

以下是更加详细的实施案例，通过以下实施案例进一步说明本发明的技术方案以及所能够获得的技术效果。

实施例1

本发明的双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料是有有机硅树脂隔热涂料和钡酚醛树脂耐烧蚀涂料两种涂料共同使用来实现最终的耐高温防热性能。

(1)有机硅树脂隔热涂料配制

有机硅树脂隔热涂料是由各组份按照一定的质量份数组成。各组份包含有机硅树脂80份，具有低热导率的无机隔热填料33份，偶联剂2份，分散剂0.1份，溶剂58份，调配而成。

其中，所述的具有低热导率的无机隔热填料为中空玻璃微球。中空玻璃微球为商业化产品，微球外径0.55μm,密度为0.25g/cm³,室温热导率≤0.05w/m·k，800℃条件下的热导率≤0.12w/m·k，抗压强度≤30mpa。

其中，所述的偶联剂优选为kh-550；优选的分散剂为纳米云母粉，优选的溶剂为乙酸乙酯。

本发明有机硅树脂涂料的使用方法为：按配方制备的有机硅树脂隔热涂料组份，充分搅拌均匀后，根据施工方式加入适量乙酸乙酯调配至规定可喷涂粘度，刮涂、辊涂或喷涂在器件表面至7mm。涂料喷涂后的硫化固化环境要求为：温度20-60℃,湿度≤30％,干燥时间：48-72小时。

(2)钡酚醛树脂耐烧蚀涂料配制

钡酚醛树脂耐烧蚀涂料是由钡酚醛树脂50份，碳基补强填料2份，溶剂50份调配而成。

其中，所述优选的短切碳纤维其直径为7μm、长度为1mm。改碳纤维先经过400℃/30min的马弗炉氧化处理，之后采用偶联剂和二甲苯溶剂对其表面进行湿法浸渍改性，增强在于钡酚醛树脂中的分散性。

其中，所述的溶剂优选为乙醇。

本发明钡酚醛树脂耐烧蚀涂料的使用方法为：按配方制备的的钡酚醛树脂耐烧蚀涂料组分，使用时候可以另外加入乙醇调配至规定可使用粘度，可在八成干燥的有机硅树脂隔热涂膜表面喷涂，刮涂、辊涂或喷涂至3mm。涂料喷涂后的硫化固化环境要求为：温度20-80℃,湿度≤30％,干燥时间：48-72小时。

实施例2

本发明的双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料是有有机硅树脂隔热涂料和钡酚醛树脂耐烧蚀涂料两种涂料共同使用来实现最终的耐高温防热性能。

(3)有机硅树脂隔热涂料配制

有机硅树脂隔热涂料是由各组份按照一定的质量份数组成。各组份包含有机硅树脂80份，具有低热导率的无机隔热填料46份，偶联剂2份，分散剂0.1份，溶剂58份，调配而成。

其中，所述的具有低热导率的无机隔热填料为中空玻璃微球。中空玻璃微球为商业化产品，微球外径40μm,密度为0.38g/cm³,室温热导率≤0.05w/m·k，800℃条件下的热导率≤0.12w/m·k，抗压强度≤30mpa。

其中，所述的偶联剂优选为kh-550；优选的分散剂为纳米云母粉，优选的溶剂为乙酸乙酯。

本发明有机硅树脂涂料的使用方法为：按配方制备的有机硅树脂隔热涂料组份，充分搅拌均匀后，根据施工方式加入适量乙酸乙酯调配至规定可喷涂粘度，刮涂、辊涂或喷涂在器件表面至6mm。涂料喷涂后的固化环境要求为：温度60℃,湿度≤30％,干燥时间：48-72小时。

(4)钡酚醛树脂耐烧蚀涂料配制

钡酚醛树脂耐烧蚀涂料是由钡酚醛树脂50份，碳基补强填料2份，溶剂50份调配而成。

其中，所述优选的短切碳纤维其直径为7μm、长度为3mm。改碳纤维先经过400℃/30min的马弗炉氧化处理，之后采用偶联剂和二甲苯溶剂对其表面进行湿法浸渍改性，增强在于钡酚醛树脂中的分散性。

其中，所述的溶剂优选为乙醇。

本发明钡酚醛树脂耐烧蚀涂料的使用方法为：按配方制备的的钡酚醛树脂耐烧蚀涂料组分，使用时候可以另外加入乙醇调配至规定可使用粘度，可在八成干燥的有机硅树脂隔热涂膜表面喷涂，刮涂、辊涂或喷涂至4mm。涂料喷涂后的硫化固化环境要求为：温度80℃,湿度≤30％,干燥时间：48-72小时。

实施例3

本发明的双层结构有机硅树脂和钡酚醛树脂复合耐烧蚀隔热涂料是有有机硅树脂隔热涂料和钡酚醛树脂耐烧蚀涂料两种涂料共同使用来实现最终的耐高温防热性能。

(5)有机硅树脂隔热涂料配制

有机硅树脂隔热涂料是由各组份按照一定的质量份数组成。各组份包含有机硅树脂80份，具有低热导率的无机隔热填料30份，偶联剂2份，分散剂0.1份，溶剂58份，调配而成。

其中，所述的具有低热导率的无机隔热填料为中空玻璃微球。中空玻璃微球为商业化产品，微球外径55μm,密度为0.15g/cm³,室温热导率≤0.05w/m·k，800℃条件下的热导率≤0.12w/m·k，抗压强度≤30mpa。

其中，所述的偶联剂优选为kh-550；优选的分散剂为纳米云母粉，优选的溶剂为乙酸乙酯。

本发明有机硅树脂涂料的使用方法为：按配方制备的有机硅树脂隔热涂料组份，充分搅拌均匀后，根据施工方式加入适量乙酸乙酯调配至规定可喷涂粘度，刮涂、辊涂或喷涂在器件表面至4mm。涂料喷涂后的硫化固化环境要求为：温度20-60℃,湿度≤50％,干燥时间：48-72小时。

(6)钡酚醛树脂耐烧蚀涂料配制

钡酚醛树脂耐烧蚀涂料是由钡酚醛树脂50份，碳基补强填料2份，溶剂50份调配而成。

其中，所述优选的短切碳纤维其直径为7μm、长度为1mm。改碳纤维先经过400℃/30min的马弗炉氧化处理，之后采用偶联剂和二甲苯溶剂对其表面进行湿法浸渍改性，增强在于钡酚醛树脂中的分散性。

其中，所述的溶剂优选为乙醇。

本发明钡酚醛树脂耐烧蚀涂料的使用方法为：按配方制备的的钡酚醛树脂耐烧蚀涂料组分，使用时候可以另外加入乙醇调配至规定可使用粘度，可在八成干燥的有机硅树脂隔热涂膜表面喷涂，刮涂、辊涂或喷涂至4mm。涂料喷涂后的固化环境要求为：温度80℃,湿度≤50％,干燥时间：48-72小时。

表1实施例1的防热涂料干燥后涂膜性能

防热涂层测试分析参考的标准方法和文件

gb/t1720-79(89)漆膜附着力测定法

gb/t1720-1993涂料粘度测定法

gb/t1717-1992漆膜一般制备方法

gb/t1732-93漆膜耐冲击测定方法

gb/t1731-1993漆膜柔韧性测定法

gb/t531.1-2008硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第一部分

hg/t3856-2006绝缘漆漆膜吸水率测定法

gjb1201.1-1991固体材料高温热扩散率试验方法-激光脉冲法

gjb323a-1996烧蚀材料烧蚀试验方法

gjb323a-96,hb5240-1983硫化橡胶热失重试验方法。

通过上述实验检测参数可以看到，本发明制备得到的产品可以避免传统的酚醛树脂固化速度慢，力学性能差的缺点，形成的涂层结合强度高，具有优异的防热效果，可有效保护发射装置受到烧蚀损伤，并具有较高的强度。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。