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耐高温涂料一般是指在温度200℃以上漆膜不变色、不脱落,仍能保持适当的物理力学性能的涂料[1,2]。耐高温涂料广泛应用于高温管道、热交换器、石油裂解设备、发动机及排气管等设备表面,用来防止钢铁等金属在高温下的热氧化腐蚀,在现代工业、军事、航天领域有广阔的应用前景[3-8]。

有机硅耐高温涂料是耐高温涂料的一个主要品种,它以有机硅树脂为基料,配以各种耐高温颜填料制得。目前文献报道的有机硅耐高温涂料主要是以铝粉为颜料,而对黑色耐高温涂料则研究较少。但在某些场合,如锅炉、车辆排气管等部位则要求涂装黑色耐高温涂料。

本工作以室温固化有机硅树脂为基料,铬铁黑粉为颜料,通过配方的优选,制备出一种可常温固化,具有良好物理力学性能和防腐蚀性能,在500℃高温下可长期使用的黑色耐高温涂料,并讨论了颜填料的具体作用和合适配比。

1试验方法

1.1主要原料及设备

有机硅树脂,固体质量分数为50%,自贡市凤翔贸易有限公司;云母粉,325目,工业品;滑石粉,325目,工业品;磷酸锌粉,325目,工业品;铬铁黑粉,325目,常州华珠颜料有限公司。

马弗炉:SX228216,天津市中环试验电炉有限公司;砂磨、分散、搅拌多用机:SFJ2400,上海现代环境工程技术有限公司。

1.2涂料制备

将有机硅树脂在溶剂中混合均匀后,加入云母粉、滑石粉、铬铁黑粉等填料,用砂磨、分散、搅拌多用机研磨2h,再加入助剂等,过滤,即得成品涂料。

1.3涂层制备

涂层的制备包括基体的除油、除锈和底部预处理以及涂层的刷涂。底部预处理:将有机溶剂涂覆于除油、除锈的马口铁板上,待其干燥。

涂层涂刷:将涂料搅拌充分后涂刷于马口铁片上,实干后再涂刷第二道。涂膜厚度控制在50μm左右。

1.4性能测试

耐热性能:在马口铁板上涂装耐高温涂料后,室温干燥7天,放入马弗炉中,调到500℃,试片经过1000h后取出,冷至室温,用放大镜观察涂层表面状况,如无龟裂、脱落现象,即说明涂层耐高温性能良好。冷热交变性能:涂装后的试片经过持续500℃高温1000h后,取出,冷至室温(25℃),重新放入马弗炉中,经过1h高温后,取出,冷至室温(25℃),反复多个周期,如涂层完整(无龟裂、脱落现象),即说明涂层冷热交变性能良好。附着力:按GB/T1720-1979测试。柔韧性,按GB/T1731-1993测试。冲击强度:按GB/T1732-1993测试。

耐水性:按GB/T1733-1993测试。耐盐水性:按GB/T1763-1979测试。

2结果与讨论

2.1涂料配方

2.1.1黑色颜料的选择

在耐高温涂料中所用的黑色颜料主要有以下几种:炭黑、石墨、二氧化锰、铬铁黑。炭黑遮盖力强,耐化学药品,适用于350℃以下的耐热涂料;石墨系由鳞片状结晶的碳元素组成,耐热性好,与其它颜料配合能耐650℃,常用来配制耐酸耐热涂料;二氧化锰为棕黑色颜料,耐热性好,常与其他颜料配合使用;铬铁黑是一种由氧化铁、氧化铬、二氧化锰混烧而拼合的颜料,耐热性高,在800℃无变化,是耐高温涂料中较好的黑色颜料。在本研究中,选择铬铁黑粉作为耐高温涂料的黑色颜料。

2.1.2耐高温填料的选择

在耐高温涂料中主要使用云母粉、滑石粉等硅酸盐型的填料。滑石粉的主要成分是3MgO·4SiO2·H2O,云母粉的主要成分是K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O,两者都具有较好的耐热性。滑石粉在耐热涂料中可以提高热弹性和抗龟裂性,云母粉在耐热涂料中能提高漆膜强度、抗粉化性和绝缘性。同时,它们还能提高涂料的施工性和防止介质向底材渗透,增加漆膜的防腐蚀性。

2.1.3涂料配方设计

虽然铬铁黑粉、云母粉、滑石粉都具有优良的耐热性,同时云母粉、滑石粉还具有一定的防腐蚀性,但由它们配置的涂料在耐水性尤其是耐盐水性上仍然很差。为了改善涂层的防腐蚀性能,在涂料配方中添加磷酸锌粉对涂料进行改性。在大量试验基础上,设计的涂料配方如表1。