硼硅酸盐玻璃介质类高温涂料的研究

摘要

随着现代工业和国防建设的迅速发展,对某些仪器设备的耐高温性能的要求越来越高。高温涂料以其大面积施工方便、性能良好、成本低、效果显著等优点受到青睐,广泛用于金属烟囱、高温管道、高温炉壳、石油裂解装置及军工设备,延缓钢铁等金属设备在高温下的热氧化腐蚀速率,确保设备长期使用。
　　 本文研制了低熔点硼硅酸盐玻璃系统作为涂层的填料,研究玻璃填料的烧结过程以及玻璃填料对涂层性能的影响。通过热重和红外测试来选择一种耐热性好的有机硅树脂作为涂层的有机基料。将玻璃填料、有机硅树脂、溶剂等其它助剂按一定比例配制成高温涂料,进行耐高温性、柔韧性、干燥时间、附着力等性能的测试。
　　 本论文得出的主要研究结果为:1)通过对180℃固化2h后的四种有机硅树脂进行热重和红外测试分析得知,有机硅树脂上的甲基、苯基等有机基团的分解基本发生在100℃～530℃之间。在此温度区域,有机硅树脂B质量损失最少,约为6.50％,小于其他三种树脂在此温度段的质量损失。比较四种树脂在整个升温过程中的热失重和在100℃～530℃的热失重,选择树脂B作为涂料中的树脂基料;2)通过对硼硅酸盐低熔玻璃粉的研制过程可知,碱金属氧化物Li2O在降低玻璃粘度、转变温度、软化温度方面上具有显著效果。加入0～8mol％Li2O使转变温度Tg从458℃降低到430℃、膨胀软化温度Td从505℃下降到473℃。膨胀系数a从8.8×10-6℃-1增大到10.0×10-6℃-1。引入2-3mol％Al2O3改善了玻璃的化学稳定性,但对转变温度Tg、软化温度Tf方面并无多大的提高。通过调整R2O(Li2O、Na2O、K2O)的比例可以改善硼硅酸盐玻璃的性能,得到了Td点为448℃,膨胀系数为11.89×10-6℃-1的22＃玻璃粉。此玻璃粉在烧结实验和流动性测试中表现了对底材良好的润湿性和流动性;3)通过实验确定耐热性和其他各项性能较好的涂料配方为:树脂35～40wt％,氨基树脂7～9wt％,玻璃粉30～40wt％,黑色颜料10～15wt％,偶联剂2～3wt％,云母和滑石量为10wt％。此配方的涂膜在700℃保温lh后进行划格试验,涂膜附着力达到了2级。
　　 本课题通过对树脂基体的选择,低熔点硼硅酸盐玻璃粉的研制,制备出一种涂装工艺简单、耐热性能良好、附着力强的高温涂料。本研究工作将充实高温涂料的基础研究,为耐高温(400℃-700℃)涂料提供一个高质量、高效能、低成本的配制技术路线。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 耐高温涂料

1.2 无机耐高温防腐涂料

1.2.1 搪瓷材料

1.2.2 瓷膜涂料

1.2.3 硅酸盐类涂料

1.2.4 磷酸盐类涂料

1.3 有机耐高温涂料

1.3.1 有机硅酸盐系列涂料

1.3.2 杂环聚合物类涂料

1.3.3 含钛聚合物涂料

1.3.4 有机硅耐温涂料

1.4 耐高温涂料研究进展

1.5 有机硅树脂

1.5.1 有机硅树脂概论

1.5.2 有机硅树脂的制备和特性

1.6 复合型耐高温涂料的提出

1.7 本研究意义、研究目标及研究内容

1.7.1 研究意义

1.7.2 研究目标

1.7.3 研究内容

第2章 实验方法与过程

2.1 高温涂料的耐热机理

2.2 低熔点玻璃熔制过程的研究

2.3 低熔玻璃的性能测试

2.3.1 膨胀系数测定

2.3.2 玻璃转变点Tg、软化Tf的测定

2.3.3 玻璃耐酸、耐碱性能的测定

2.4 玻璃流动度检测

2.5 烧结过程和润湿性测试

2.6 树脂基体的筛选

2.7 涂料的制备工艺

2.8 本章小结

第3章 低熔玻璃粉的制备

3.1 实验原料及仪器

3.1.1 实验所用原材料

3.1.2 实验仪器

3.2 低熔点玻璃的研究现状

3.3 低熔点玻璃体系的选择

3.4 硼硅酸盐低熔玻璃的制备

3.4.1 Li2O对基础玻璃性能的影响

3.4.2 Al2O3对基础玻璃性能的影响

3.4.3 混合碱效应对玻璃性能的影响

3.5 低熔玻璃流动性的测试

3.6 玻璃料烧结过程的研究

3.7 本章小结

第4章 有机硅耐高温涂料的制备

4.1 主要实验试剂和仪器

4.1.1 主要试剂

4.1.2 主要仪器

4.2 涂膜的制备及性能测试

4.2.1 底板的制备

4.2.2 涂膜性能测试

4.3 高温涂料的配制

4.3.1 填料的选择

4.3.2 颜基比对有机硅涂料性能影响

4.3.3 固化工艺的确定

4.3.4 助剂的影响

4.3.5 混合溶剂的选择

4.3.6 偶联剂的选用

4.4 玻璃填料对涂膜性能的影响

4.4.1 玻璃填料膨胀系数及软化温度对涂层的影响

4.4.2 玻璃填料量对涂层各项性能的影响

4.4.3 玻璃填料量对涂层耐高温性能的影响

4.5 涂层的表面形貌分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢