隔熱涂層涂覆工藝探究

劉冰 韓平平 劉吉濤

【摘 ?要】隔熱涂層常見于特殊條件下使用的銅、鋁、不銹鋼的零件和高分子量聚合材料、橡膠材質(zhì)等有機(jī)或無機(jī)材料表面，賦予被防護(hù)結(jié)構(gòu)材料耐高低溫性、密封性等原本不具備的性能。本文結(jié)合隔熱涂層常規(guī)性能指標(biāo)，介紹了現(xiàn)有高效的隔熱涂層涂覆方式及特點(diǎn)，分類闡述隔熱涂層材料隔熱機(jī)理，展望了隔熱涂層材料發(fā)展趨勢，為開發(fā)研究新型隔熱提供參考涂覆方法和數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】涂層分類;涂覆工藝;隔熱效果

前言

隔熱涂層自身具備耐熱防腐作用，通過特定的涂覆工藝，將其與底材通過機(jī)械嵌合、范德華力或化學(xué)鍵作用與其緊密結(jié)合，滿足適應(yīng)要求為前提賦予隔熱效果，底材達(dá)到降低損害、延長使用壽命得目的。我國隔熱涂層材料的研究起步較晚，但隨著國際技術(shù)、市場交流合作的深化，無論是隔熱涂料的應(yīng)用領(lǐng)、工藝技術(shù)還是新材料環(huán)保材料的研究都有了突破性的進(jìn)展[1]。本文結(jié)合隔熱涂層常規(guī)性能指標(biāo)，對現(xiàn)有高效的隔熱涂層涂覆工藝機(jī)理、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并按作用機(jī)理將隔熱材料進(jìn)行分類，涂層材料需要在惡劣環(huán)境下對底材起到有效的保護(hù)作用，滿足使用要求的材質(zhì)綜合耐受需求，通過不同的隔熱途徑，研究隔熱機(jī)理。依據(jù)現(xiàn)有政策要求、科學(xué)技術(shù)發(fā)展，展望了隔熱涂層材料發(fā)展趨勢，為將來更多環(huán)保、高效的新型隔熱提供理論數(shù)據(jù)。

1隔熱涂層涂覆方式及特點(diǎn)

隔熱涂層涂覆方式根據(jù)底材與涂層性質(zhì)屬性、應(yīng)用的不同而針對性選擇，目前技術(shù)應(yīng)用較多的隔熱涂層的涂覆方式有：熱噴涂法、浸涂、灌涂和淋涂法、刷涂法、粘涂法[2，3]。

1.1 熱噴涂法

熱噴涂法是目前技術(shù)較為成熟，綜合成本較低的一種底材隔熱的涂覆方式。熱噴涂法主要通過弧、火焰、等離子噴涂以及激光噴涂等形式，借助高溫、高能粒子軟化底材、涂層材料，溫度降低后，可以增大到涂層與底材之間的附著力。熱噴涂法具有適應(yīng)規(guī)模廣、不受底材尺寸限制、涂覆層貼合緊密且均勻和操作方法簡單的優(yōu)勢。但也由于底材與涂層之間主要靠機(jī)械黏附力結(jié)合，導(dǎo)致涂層自身強(qiáng)度較低，此外，由于工藝限制，底材與涂層之間會(huì)留存在一定的氣孔，嚴(yán)重限制噴涂機(jī)件的其應(yīng)用領(lǐng)域。

1.2浸涂、灌涂和淋涂法

浸涂、灌涂和淋涂法是將底材浸入裝滿涂料、灌進(jìn)或采用帶有一定壓力的噴嘴噴淋隔熱涂層，剩余涂層材料可回收再利用，浸涂、灌涂和淋涂法需備有浸涂、灌涂與淋涂設(shè)備，可適用噴涂無法完成的換熱器管束內(nèi)壁涂料防腐蝕。此種方法由于受重力作用影響較大，存涂膜厚度上下不勻的現(xiàn)象[4]。

1.3 刷涂法

刷涂法主要用于平整度、耐磨性要求較高的設(shè)備、材質(zhì)表面，涂刷法賦予隔熱圖層材料與底材一定的作用力，使得二者接觸更加緊密，但刷涂法需在底材表面反復(fù)刷涂，隨著刷涂次數(shù)的增加，涂膜的耐磨性和光亮度也就愈好。

1.4 粘涂法

粘涂法主要用于機(jī)件表面損傷及缺陷的修復(fù)，粘涂技術(shù)將圖層材料與膠粘劑進(jìn)行復(fù)合后才能試驗(yàn)，涂覆工藝較其它方法稍稍復(fù)雜。

2 隔熱涂層材料分類與發(fā)展趨勢

2.1 隔熱涂層材料分類

隔熱涂層的選擇需要綜合考慮，隔熱涂層的選擇不僅要求導(dǎo)熱系數(shù)低，還要求無毒無味、環(huán)保耐候，因此，隔熱涂層可由氧化物、碳化物或合金制成。根據(jù)根據(jù)隔熱作用機(jī)理依據(jù)，可以分為如下三類隔熱涂料。

2.1.1熱阻隔型隔熱涂料

熱阻隔型隔熱涂料利用較低的導(dǎo)熱系數(shù)屏蔽熱量之間的交換。該種涂料成膜后，干涂膜的密度很低，孔隙又布滿涂膜結(jié)構(gòu)層中，所以具有很好的隔熱性能，但涂料涂膜厚度是影響熱效果的關(guān)鍵。

2.1.2熱輻射型隔熱涂料

熱輻射隔熱涂料是以波的輻射形式把材料吸收的熱量轉(zhuǎn)化為特定波長的頻率發(fā)射出去，避免能量積聚，從而起到隔熱降溫效果。

2.1.3熱反射型隔熱涂料

反射型隔熱降溫涂料借助涂層致密反射作用，將熱源中不同波長的能量反射出去，僅有較少的熱能被吸收，這變表現(xiàn)出一定的隔熱效果。

2.2 隔熱涂層參數(shù)指標(biāo)

隔熱涂層各項(xiàng)指標(biāo)參照J(rèn)G/T235-2014《建筑反射隔熱保溫涂料》[5]，總結(jié)隔熱涂層參數(shù)指標(biāo)及方法如表1。

2.3 隔熱涂層發(fā)展趨勢

基于表1中的參數(shù)指標(biāo)，隔熱涂層發(fā)展趨勢更加趨向于自身結(jié)構(gòu)特性具有較高的反射率，導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，更改類材料不僅可有效阻擋熱源，還能進(jìn)一步阻止熱量向內(nèi)部的傳遞積聚，目前已有大量實(shí)驗(yàn)研究證明氧化鋅和空心玻璃微珠具備這一特性。圖1為可作為隔熱涂層材料的電鏡圖，左ZnO;右空心玻璃微珠。

3 結(jié)束語

隔熱涂層是不耐受材料獲得表面隔熱功能的最簡便方法之一，文中分列舉了現(xiàn)有應(yīng)用較多的隔熱涂層的涂覆方式，主要有熱噴涂法、浸涂、灌涂和淋涂法、刷涂法、粘涂法，分別明晰了其應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)隔熱機(jī)理的不同對隔熱涂層材料分為熱阻隔型、熱輻射型以及熱反射型。結(jié)合隔熱涂層常規(guī)性能指標(biāo)，展望了隔熱涂層材料發(fā)展趨勢，涂層材料除考慮到自身結(jié)構(gòu)特性具有較高的反射率的同時(shí)，還需要充分兼顧涂覆工藝簡便性和環(huán)保性。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔靜，郭玉珠，龐銘，等. 激光與等離子復(fù)合制備的隔熱涂層微觀特性與力學(xué)性能研究[J]. 激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2020，57（15）：142-148.

[2]潘碧宸，任鵬禾，周特軍，等. 樹脂基復(fù)合材料表面隔熱涂層的組織與性能研究（英文）[J]. 無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2020，35（08）：947-952.

[3]胡艷嬌，李敏，劉宇平，等. 高強(qiáng)化活塞等離子噴涂涂層隔熱性能研究[J]. 熱加工工藝，2019，48（06）：141-145.

[4]孫現(xiàn)凱，陳玉峰，王廣海，等. 大氣等離子噴涂Sm2Zr2O7熱障涂層的隔熱性能研究[J].稀有金屬材料與工程，2015，44（01）：735-739.

[5]楊杰，隋學(xué)葉，劉瑞祥，等. 航天飛機(jī)及高超飛行器用剛性隔熱材料研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2015，36（03）：25-29.

[6]張卓，丘哲明. 復(fù)合材料殼體外表面密封、隔熱涂層材料的研究[J]. 宇航材料工藝，2003，22（03）：25-28.

作者簡介：

劉冰，女，漢，遼寧省昌圖縣，1991.12，本科，南陽北方向東工業(yè)有限公司，表面處理技術(shù)。