金属表面隔热保温陶瓷涂料的研究

论文摘要

本文针对石油、化工及冶金行业高温设备、管道传输的隔热保温问题,以隔热陶瓷骨料及无机复合矿物填料为主要成分,添加无机增强纤维,选择环氧树脂和无机耐高温胶作为胶粘剂,制备有机-无机复合隔热保温陶瓷涂料和无机隔热保温陶瓷涂料。以环氧树脂为胶粘剂,通过考查胶粘剂固化剂、增韧剂的用量、无机陶瓷纤维、隔热骨料和无机复合矿物填料等对涂料隔热性能的影响,确定涂料的最佳配比。以无机耐高温胶为胶粘剂,分析无机耐高温胶粘剂及无机隔热涂料的热力学稳定性,制定涂料产品固化的热处理机制。通过分析涂层表面形貌及微观结构,探明涂料的隔热机理。并对涂料的理化性能及隔热性能进行测试。实验结果表明:以环氧树脂为胶粘剂,选用环氧树脂高温固化剂可以获得耐热性能良好的涂层,增韧剂加入量为环氧树脂用量的40%时,涂层韧性及隔热性能最好。选用陶瓷纤维作为增强材料,比碳纤维、玻璃纤维具有更好的隔热性能。当氧化锆的加入量为10%,钛白粉的加入量为12%,SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等复合无机矿物加入量为36%时,可获得最佳的隔热效果。因此,有机-无机复合隔热保温涂料的最佳组成为:有机胶粘剂30%、陶瓷纤维10%、无机隔热骨料及复合填料54%、助剂6%。以无机耐高温胶为胶粘剂制备隔热涂料,由于在受热过程中涂层内部会发生化学反应,涂层必须先在一定的固化制度下进行预处理。当膨胀珍珠岩用量为3%时,涂层的隔热性能最好。因此,无机隔热保温陶瓷涂料的组成为:无机胶粘剂40%、陶瓷纤维10%、无机隔热骨料及复合填料44%、助剂6%。表面形貌及微观结构分析表明:涂层表面致密,涂层与基体间结合紧密,内部具有疏松多孔的层状结构和网状结构,涂料在300℃以上形成涂层时,涂层内形成很多微小的蜂窝结构,蜂窝内处于真空或半真空状态,阻挡热分子的流动,从而构成了理想的热屏障层。涂料的理化性能及隔热性能测试结果表明:涂层附着力等级为1～2级,涂层的耐酸碱、盐水性好,涂层显微硬度接近150HV。涂料的导热系数为0.058～0.072W/（m·℃）,涂层越厚,涂层的表面温度越低,隔热性能越好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 隔热保温涂料的分类
• 1.2.1 复合硅酸盐隔热保温涂料
• 1.2.2 空心玻珠隔热保温涂料
• 1.2.3 陶瓷隔热保温涂料
• 1.3 隔热保温涂料的隔热机理
• 1.3.1 阻隔型隔热保温涂料的隔热机理
• 1.3.2 反射型隔热保温涂料的隔热机理
• 1.3.3 辐射型隔热保温涂料的隔热机理
• 1.4 隔热保温涂料的应用
• 1.4.1 建筑用外墙隔热保温涂料
• 1.4.2 耐高温隔热保温涂料
• 1.4.3 中温隔热保温涂料
• 1.5 隔热保温涂料的研究进展及发展趋势
• 1.5.1 国内研究进展
• 1.5.2 国外研究进展
• 1.5.3 发展趋势
• 1.6 本课题研究的内容及意义
• 1.6.1 本文研究目的及意义
• 1.6.2 本文主要研究内容
• 第2章 实验过程
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验及分析仪器
• 2.2 隔热保温涂料的组分选择
• 2.2.1 基料的选择
• 2.2.2 隔热助剂的选择
• 2.2.3 增强纤维的选择
• 2.2.4 填料的选择
• 2.2.5 助剂的选择
• 2.3 制备工艺
• 2.3.1 涂料的制备工艺流程
• 2.3.2 涂覆工艺过程
• 2.3.3 涂层的固化
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 理化性能测试
• 2.4.2 涂层的微观组织结构测试
• 2.4.3 涂层的隔热性能测试
• 2.4.4 涂层的热反射率测试
• 2.4.5 涂料的导热系数计算
• 2.4.6 涂层的热反射率计算
• 第3章 有机无机复合隔热陶瓷涂料的制备
• 3.1 环氧树脂固化剂的选择
• 3.2 增韧剂及无机纤维对涂层性能的影响
• 3.2.1 增韧剂对涂层性能的影响
• 3.2.2 无机纤维对涂层性能的影响
• 3.3 无机增强纤维对涂料隔热性能的影响
• 3.3.1 碳纤维对涂料隔热性能的影响
• 3.3.2 玻璃纤维对涂料隔热性能的影响
• 3.3.3 硅酸铝纤维对涂料隔热性能的影响
• 3.3.4 陶瓷纤维的用量对涂料隔热性能的影响
• 3.3.5 不同纤维对涂料隔热性能的比较
• 3.4 氧化锆对涂料隔热性能的影响
• 3.5 无机矿物填料对涂料隔热性能的影响
• 3.5.1 钛白粉对涂料隔热性能的影响
• 2 和CaO 复合无机矿物填料对涂料隔热性能的影响'>3.5.2 SiO₂ 和CaO 复合无机矿物填料对涂料隔热性能的影响
• 2和A1₂O₃ 复合无机矿物填料对涂料隔热性能的影响'>3.5.3 SiO₂和A1₂O₃复合无机矿物填料对涂料隔热性能的影响
• 2O₃和Fe2O₃ 复合无机矿物填料对涂料隔热性能的影响'>3.5.4 A1₂O₃和Fe2O₃复合无机矿物填料对涂料隔热性能的影响
• 3.6 涂层厚度对隔热性能的影响
• 3.7 涂层微观形貌与结构分析
• 3.7.1 涂层的微观形貌
• 3.7.2 涂层内部结构
• 3.8 本章小节
• 第4章 无机隔热陶瓷涂料的制备
• 4.1 无机隔热保温陶瓷涂料的制备
• 4.2 无机耐高温胶的热稳定性能分析
• 4.3 无机隔热保温涂料热处理机制的制定
• 4.3.1 无机隔热保温涂料的热稳定性能分析
• 4.3.2 无机隔热保温涂料热处理机制的制定
• 4.4 膨胀珍珠岩用量对涂料隔热性能的影响
• 4.5 涂层厚度对隔热性能的影响
• 4.6 涂层微观形貌与结构分析
• 4.6.1 涂层的微观形貌
• 4.6.2 涂层内部结构
• 4.7 本章小结
• 第5章 涂料性能测试
• 5.1 涂料性能测试结果
• 5.2 涂层附着力性能测试
• 5.3 涂层耐水性能测试
• 5.4 涂层耐酸碱性能测试
• 5.5 涂层显微硬度测试
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢