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一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层及其制备方法

阅读:741发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 石墨 烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层及其制备方法,针对 飞行器 热控、防腐、防静电的需求,涉及一种三层结构复合涂层的制备方法,属于表面工程技术领域。本发明设计了一种防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法。该涂层采用三层复合结构,以导电 云 母和锌黄环 氧 树脂 作为底层防腐层,以改性 石墨烯 和聚 氨 酯作为中间导电层,以 硅 、氟改性聚氨酯、纳米氧化锌和改性石墨烯作为表层热控层,采用 喷涂 的方式制备出同时具有优异防腐、防静电、热控性能的多功能一体化涂层。该涂层与基材的结合 力 好、 固化 温度 低,可用于多种类型的飞行器。,下面是一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层,其特征在于:该涂层包括底层、中层和面层
底层的原料包括锌黄环树脂和导电母,锌黄环氧树脂与导电云母的质量比为1-2:
1;
中层的原料包括聚酯和石墨烯;聚氨酯与石墨烯的质量比为1-2:1;
面层的原料包括聚氨酯氟漆、石墨烯和纳米氧化锌;聚氨酯氟碳漆与石墨烯、纳米氧化锌的质量比为1-2:0.5-1:1。
2.一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于该方法的步骤包括:
(1)将底层的原料、偶联剂、乙酸丁酯和玻璃微珠进行混合,搅拌,过滤去除玻璃微珠,加入固化剂A搅拌熟化,得到底层涂料;
(2)将中层的原料、稀释剂和玻璃微珠进行混合,搅拌,过滤去除玻璃微珠,加入固化剂B搅拌熟化,得到中层涂料;
(3)将面层的原料、稀释剂和玻璃微珠进行混合,搅拌,过滤去除玻璃微珠,加入固化剂C搅拌熟化,得到面层涂料;
(4)将步骤(1)得到的底层涂料喷涂航天器表面,得到底涂层,单次喷涂厚度为15-20μm,得到的底涂层的厚度为40-60μm,得到底涂层后室温干燥24-36h;
(5)在步骤(4)的底涂层表面喷涂步骤(2)得到的中层涂料,得到中涂层,单次喷涂厚度为15-20μm,得到的底涂层与中涂层的厚度和为60-80μm;得到中涂层后室温干燥24-36h;
(6)在步骤(5)的中涂层表面喷涂步骤(3)得到的面层涂料,得到面涂层,单次喷涂厚度为15-20μm,得到的底涂层、中涂层和面涂层的厚度和为80-150μm;得到面涂层后室温干燥
24-36h;
(7)将带有底涂层、中涂层和面涂层的航天器在温度为80℃~150℃温度下进行固化1-
3h,制得带有石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的航天器。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,乙酸丁酯为分析纯;导电云母的纯度大于99%。
4.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,硅烷偶联剂为KH550、KH560或二者混合。
5.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,固化剂A为三乙胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺其中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,锌黄环氧树脂与导电云母的质量比为1-2:1,导电云母与硅烷偶联剂的质量比为10:1-2,锌黄环氧树脂与乙酸丁酯、玻璃微珠的质量比为1:10-15:5-6;
锌黄环氧树脂与固化剂A的质量比为1:0.2-0.25。
7.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,前期搅拌速度为1000r/min,加入固化剂A后搅拌速度为600r/min。
8.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,稀释剂为乙酸丁酯、二甲苯的一种或两种混合。
9.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,固化剂B为异氰酸酯固化剂;聚氨酯与中层的原料中的石墨烯的质量比为1-2:1,聚氨酯与稀释剂、玻璃微珠的质量比为1:10-15:5-8;聚氨酯与固化剂B的质量比为1:1-1.5。
10.根据权利要求2所述的一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,纳米氧化锌的纯度大于99%,纳米氧化锌的粒径为0.5-0.8μm,稀释剂为乙酸丁酯、二甲苯的一种或两种混合,固化剂C采用异氰酸酯固化剂;聚氨酯氟碳漆与面层的原料中的石墨烯、纳米氧化锌的质量比为1-2:0.5-1:1,聚氨酯氟碳漆与稀释剂、玻璃微珠的质量比为1:10-15:5-8;聚氨酯氟碳漆与固化剂的质量比为1:1-1.5。

说明书全文

一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层及其制备方法,针对飞行器热控、防腐、防静电的需求,涉及一种三层结构复合涂层的制备方法,属于表面工程技术领域。

背景技术

[0002] “高承载、长寿命、远距离”成为后续我国卫星平台及武器装备的重要发展趋势。随着天基雷达卫星、军事通信卫星、军事侦察卫星等航天器的发展,以及小行星探测和载人登月工程的不断深入,航天器对结构轻量化的需求更加迫切。
[0003] 但是新型低密度轻质合金及轻金属基复合材料存在耐蚀性差的问题,已经成为航天器及新一代武器装备结构轻量化应用的瓶颈;而随着海南发射场的建成并投入使用、深蓝海军的不断发展,对新型轻质合金材料(镁合金、镁锂合金、、铝锂合金等)的腐蚀防护提出了更高的要求;同时,为满足高轨航天器在高真空条件下的散热及静电防护要求,亟需开展新型轻质合金材料表面高性能防腐-热控-防静电多功能一体化涂层。

发明内容

[0004] 本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提出一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层及其制备方法。
[0005] 本发明的技术解决方案是:
[0006] 一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层,该涂层包括底层、中层和面层
[0007] 底层的原料包括锌黄环树脂和导电母,锌黄环氧树脂与导电云母的质量比为1-2:1;
[0008] 中层的原料包括聚酯和石墨烯;聚氨酯与石墨烯的质量比为1-2:1;
[0009] 面层的原料包括聚氨酯氟碳漆、石墨烯和纳米氧化锌;聚氨酯氟碳漆与石墨烯、纳米氧化锌的质量比为1-2:0.5-1:1。
[0010] 一种石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,该方法的步骤包括:
[0011] (1)将底层的原料、硅烷偶联剂、乙酸丁酯和玻璃微珠进行混合,搅拌1-3h,过滤去除玻璃微珠,加入固化剂A搅拌熟化20-30min,得到底层涂料;
[0012] (2)将中层的原料、稀释剂和玻璃微珠进行混合,搅拌1-3h,过滤去除玻璃微珠,加入固化剂B搅拌熟化20-30min,得到中层涂料;
[0013] (3)将面层的原料、稀释剂和玻璃微珠进行混合,搅拌1-3h,过滤去除玻璃微珠,加入固化剂C搅拌熟化20-30min,得到面层涂料;
[0014] (4)将步骤(1)得到的底层涂料喷涂在航天器表面,得到底涂层,单次喷涂厚度为15-20μm,得到的底涂层的厚度为40-60μm,得到底涂层后室温干燥24-36h;
[0015] (5)在步骤(4)的底涂层表面喷涂步骤(2)得到的中层涂料,得到中涂层,单次喷涂厚度为15-20μm,得到的底涂层与中涂层的厚度和为60-80μm;得到中涂层后室温干燥24-36h;
[0016] (6)在步骤(5)的中涂层表面喷涂步骤(3)得到的面层涂料,得到面涂层,单次喷涂厚度为15-20μm,得到的底涂层、中涂层和面涂层的厚度和为80-150μm;得到面涂层后室温干燥24-36h;
[0017] (7)将带有底涂层、中涂层和面涂层的航天器在温度为80℃~150℃温度下进行固化1-3h,制得带有石墨烯防腐-热控-防静电一体化功能涂层的航天器。
[0018] 所述步骤(1)中,导电云母的纯度大于99%,硅烷偶联剂为KH550、KH560或二者混合,乙酸丁酯为分析纯;固化剂A为三乙胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺其中的至少一种;锌黄环氧树脂与导电云母的质量比为1-2:1,导电云母与硅烷偶联剂的质量比为10:1-2,锌黄环氧树脂与乙酸丁酯、玻璃微珠的质量比为1:10-15:5-6;锌黄环氧树脂与固化剂A的质量比为1:0.2-0.25;步骤(1)中前期搅拌速度为1000r/min,加入固化剂A后搅拌速度为600r/min;
[0019] 所述步骤(2)中稀释剂为乙酸丁酯、二甲苯的一种或两种混合,固化剂B为异氰酸酯固化剂;聚氨酯与石墨烯(中层的原料中的石墨烯)的质量比为1-2:1,聚氨酯与稀释剂、玻璃微珠的质量比为1:10-15:5-8;聚氨酯与固化剂B的质量比为1:1-1.5;步骤(4)中前期的搅拌速度为1000r/min;加入固化剂后搅拌速度为600r/min。
[0020] 所述步骤(3)纳米氧化锌的纯度大于99%,纳米氧化锌的粒径为0.5-0.8μm,稀释剂为乙酸丁酯、二甲苯的一种或两种混合,固化剂C采用异氰酸酯固化剂;聚氨酯氟碳漆与石墨烯(面层的原料中的石墨烯)、纳米氧化锌的质量比为1-2:0.5-1:1,聚氨酯氟碳漆与稀释剂、玻璃微珠的质量比为1:10-15:5-8;聚氨酯氟碳漆与固化剂的质量比为1:1-1.5;步骤(4)中前期的搅拌速度为1000r/min;加入固化剂后搅拌速度为600r/min。
[0021] 有益效果
[0022] (1)本发明设计了一种防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法。该涂层采用三层复合结构,以导电云母和锌黄环氧树脂作为底层防腐层,以改性石墨烯和聚氨酯作为中间导电层,以硅、氟改性聚氨酯、纳米氧化锌和改性石墨烯作为表层热控层,采用喷涂的方式制备出同时具有优异防腐、防静电、热控性能的多功能一体化涂层。该涂层与基材的结合好、固化温度低,可用于多种类型的飞行器。
[0023] (2)本发明制得的防腐-热控-防静电一体化功能涂层的体电阻率为1×106Ω·m~1×107Ω·m;耐中性盐雾腐蚀≥800h;耐湿热≥240h;涂层的半球发射率≥0.90;在正常大气压力条件下,经温度为-196℃(保持2min)~100℃(保持4min)的100次热循环后外观无变化,结合力完好,半球发射率变化≤0.02。
[0024] (3)提供了一种防腐-热控-防静电一体化功能涂层的制备方法,设计了防腐底涂层、防静电中涂层、防静电热控涂层三层复合结构。复合涂层的防腐底层由锌黄环氧树脂和导电云母组成;中层防静电层以聚氨酯为粘结剂,将石墨烯作为主要功能填料;表层防静电热控层以氟改性的聚氨酯为粘结剂,并添加石墨烯和纳米氧化锌填料实现防静电和热控性能。

具体实施方式

[0025] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0026] 实施例1
[0027] (1)称取锌黄环氧树脂(H06-2)5g与导电云母粉3.8g、硅烷偶联剂(KH550)0.8g、乙酸丁酯60g和玻璃微珠25g混合,搅拌3h,转速为1000r/min;将所得的混合液过滤去除玻璃微珠,加入2g三乙烯四胺搅拌熟化20min,转速为600r/min;
[0028] (2)采用喷涂法制备涂层,喷涂1-2次,单次喷涂15-20μm;
[0029] (3)将5g的石墨烯与10g聚氨酯(TS01-3)、100g乙酸丁酯和60g玻璃微珠混合,搅拌3h,转速为1000r/min;将所得的混合液过滤去除玻璃微珠,加入11.2g的异氰酸酯固化剂(N3390)搅拌熟化20min,转速为600r/min;
[0030] (4)采用喷涂法在步骤(2)制备的涂层上,喷涂3-4次,单次喷涂15-20μm;
[0031] (5)将5g的石墨烯,10g纳米氧化锌与10g聚氨酯氟碳漆、150g乙酸丁酯和60g玻璃微珠混合,搅拌3h,转速为1000r/min;将所得的混合液过滤去除玻璃微珠,加入11.2g的异氰酸酯固化剂(N3390)搅拌熟化20min,转速为600r/min;
[0032] (6)采用喷涂法在步骤(4)制备的涂层上,喷涂3-4次,单次喷涂15-20μm,涂层总厚度控制在120μm;
[0033] (7)室温干燥后,控制温度为100℃进行固化3h,制得防腐-热控-防静电一体化功能涂层。
[0034] 本实施例制得的防腐、热控、防静电涂层的具体技术指标:体电阻率为5.3×106Ω·m;在中性盐雾腐蚀800h以及湿热环境240h下涂层不起泡不脱落;涂层的半球发射率为0.90;在正常大气压力条件下,经温度为-196℃(保持2min)~100℃(保持4min)的100次热循环后外观无变化,结合力完好,半球发射率变化≤0.02。
[0035] 实施例2
[0036] (1)称取锌黄环氧树脂(H06-2)5g与导电云母粉5g、硅烷偶联剂(KH560)0.5g、硅烷偶联剂(KH550)0.5g、乙酸丁酯85g和玻璃微珠30g混合,搅拌3h,转速为1000r/min;将所得的混合液过滤去除玻璃微珠,加入1.8g三乙烯四胺与0.8g四乙烯五胺搅拌熟化20min,转速为600r/min;
[0037] (2)采用喷涂法制备涂层,喷涂1-2次,单次喷涂15-20μm;
[0038] (3)将8g的石墨烯与10g聚氨酯(TS01-3)、120g乙酸丁酯和80g玻璃微珠混合,搅拌3h,转速为1000r/min;将所得的混合液过滤去除玻璃微珠,加入12g的异氰酸酯固化剂(N3390)搅拌熟化20min,转速为600r/min;
[0039] (4)采用喷涂法在步骤(2)制备的涂层上,喷涂3-4次,单次喷涂15-20μm;
[0040] (5)将10g的改性石墨烯,10g纳米氧化锌与10g聚氨酯氟碳漆、150g乙酸丁酯和80g玻璃微珠混合,搅拌3h,转速为1000r/min;将所得的混合液过滤去除玻璃微珠,加入13.5g的异氰酸酯固化剂(N3390)搅拌熟化20min,转速为600r/min;
[0041] (6)采用喷涂法在步骤(4)制备的涂层上,喷涂3-4次,单次喷涂15-20μm,涂层总厚度控制在80-150μm;
[0042] (7)室温干燥后,控制温度为100℃进行固化3h,制得防腐-热控-防静电一体化功能涂层。
[0043] 本实施例制得的防腐、热控、防静电涂层的具体技术指标:体电阻率为1.5×106Ω·m;在中性盐雾腐蚀800h以及湿热环境240h下涂层不起泡不脱落;涂层的半球发射率为0.91;在正常大气压力条件下,经温度为-196℃(保持2min)~100℃(保持4min)的100次热循环后外观无变化,结合力完好,半球发射率变化≤0.02。
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