新型防靜電白色熱控涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型防靜電白色熱控涂層及其制備方法；該涂層由內(nèi)至外包括表面處理劑層、底漆層和面漆層；底漆層、面漆層均以室溫固化型有機(jī)硅樹脂為基體樹脂；底漆層中交叉重疊排列若干片狀金屬粉，部分片狀金屬粉的一端延伸至面漆層；面漆層內(nèi)還分布有白色氧化鋅。本發(fā)明涂層外觀為白色、厚度為100μm～140μm、太陽(yáng)吸收比為0.24～0.29、半球發(fā)射率為0.85～0.91、總質(zhì)損TML<1％、可凝揮發(fā)物CVCM<0.1％、體積電阻率ρV≤107Ω·m，涂層經(jīng)過(guò)-100～+100℃100次高低溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)后，無(wú)開裂、剝落、起泡和變色現(xiàn)象、光學(xué)性能穩(wěn)定、附著力良好，基本滿足航天器對(duì)防靜電白色熱控涂層的需求。
【專利說(shuō)明】新型防靜電白色熱控涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行器熱控材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型防靜電白色熱控涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱控涂層是航天器被動(dòng)熱控制系統(tǒng)中的重要組成部分，當(dāng)航天器長(zhǎng)期暴露在太陽(yáng)光或者在太陽(yáng)光不能到達(dá)的宇宙空間內(nèi)運(yùn)行時(shí)，它可以通過(guò)涂層自身的熱物理性能來(lái)保持外表面能量吸收和輻射的平衡，使航天器達(dá)到理想的工作溫度。因此幾乎每一個(gè)空間飛行器外表面均需涂覆熱控涂層，以保障星體安全和星內(nèi)儀器的正常工作。
[0003]航天器在軌服役過(guò)程中，表面材料要經(jīng)受太陽(yáng)電磁射線、電子及質(zhì)子等帶電粒子、原子氧、微流星及空間軌道碎片、高真空以及大范圍循環(huán)波動(dòng)的熱載荷等各種極端苛刻復(fù)雜的空間環(huán)境。表面材料會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量損耗(剝蝕)、表面氧化、充放電現(xiàn)象、光學(xué)性能退化等，從而導(dǎo)致材料失效，使航天器工作可靠性及壽命下降。衛(wèi)星所處的軌道存在使其表面充電的荷電環(huán)境，荷電粒子流沖擊衛(wèi)星表面會(huì)造成電荷積累，從而導(dǎo)致衛(wèi)星表面各處導(dǎo)電能力的差異，最終導(dǎo)致電勢(shì)差即充電。這種電勢(shì)差(充電電位)有時(shí)達(dá)萬(wàn)伏以上。當(dāng)充電電位超過(guò)擊穿閾值或因充電條件改變使衛(wèi)星表面電位發(fā)生瞬間變化時(shí)便可能產(chǎn)生放電，從而干擾星上電子設(shè)備工作，引起衛(wèi)星各類故障事件。因此，為保證航天器在軌期間不因表面放電導(dǎo)致異常和故障，在航天器的設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行航天器表面電位控制等工作。實(shí)現(xiàn)航天器抗靜電的主要措施之一就是盡量使用電阻率較低的熱控涂層。NASA規(guī)定，導(dǎo)電性能是選擇熱控涂層時(shí)需要考慮的因素之一。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)航天器用熱控涂層，尤其是航天器外側(cè)用白色熱控涂層，體積電阻率沒有達(dá)到抗靜電涂層PvS 107Ω.πι的指標(biāo)，`電阻率較大，使得目前部分研制的熱控涂層無(wú)法正常使用。因此對(duì)于防靜電白色熱控涂層的研究，消除航天器在軌服役過(guò)程中的靜電隱患，保障航天器運(yùn)行的可靠性，具有十分重要的工程應(yīng)用背景和理論研究?jī)r(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型防靜電白色熱控涂層及其制備方法，消除航天器在軌服役過(guò)程中的靜電隱患，保障航天器運(yùn)行的可靠性，滿足航天器對(duì)防靜電白色熱控涂層的需求。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]第一方面，本發(fā)明涉及一種新型防靜電白色熱控涂層，所述涂層由內(nèi)至外包括表面處理劑層、底漆層和面漆層；所述底漆層、面漆層均以室溫固化型有機(jī)硅樹脂為基體樹脂；所述底漆層中交叉重疊排列若干片狀金屬粉，部分片狀金屬粉的一端延伸至面漆層；所述面漆層內(nèi)還分布有白色氧化鋅。
[0008]優(yōu)選的，所述片狀金屬粉長(zhǎng)度為100~300 μ m ;所述底漆層的厚度為50~80 μ m，所述面漆層的厚度為40~60 μ m。[0009]優(yōu)選的，所述片狀金屬粉為銅粉、鋁粉、銀粉中的一種或幾種。
[0010]優(yōu)選的，所述底漆層中片狀金屬粉占底漆涂料固含量的60~75wt%。
[0011]優(yōu)選的，所述白色氧化鋅的粒徑為0.5~3μπι ;所述面漆層中白色氧化鋅占面漆涂料固含量的65~75wt%。
[0012]優(yōu)選的，所述表面處理劑層采用的表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑。
[0013]第二方面，本發(fā)明涉及一種上述的新型防靜電白色熱控涂層的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0014]A、底漆涂料配置:在室溫固化型有機(jī)硅樹脂中，加入片狀金屬粉，混合攪拌，加入有機(jī)溶劑a，混合，超聲攪拌均勻；
[0015]B、面漆涂料配制:在室溫固化型有機(jī)硅樹脂中，加入白色氧化鋅，混合攪拌，加入有機(jī)溶劑b，混合，超聲攪拌均勻；[0016]C、涂層制備:在基體表面噴涂表面處理劑，在18~35°C下固化I~2h，噴涂所述底漆涂料，在18~35°C下固化5~10h，噴涂所述面漆涂料，在18~35°C下固化15~28d，即可制得所述新型防靜電白色熱控涂層。
[0017]優(yōu)選的，步驟A中，所述片狀金屬粉與室溫固化型有機(jī)硅樹脂的用量比為60~75:25~40，所述有機(jī)溶劑a的用量為片狀金屬粉和室溫固化型有機(jī)硅樹脂總重量的0.1~0.2倍；所述片狀金屬粉占底漆涂料固含量的60~75wt%。
[0018]優(yōu)選的，步驟B中，所述白色氧化鋅與室溫固化型有機(jī)硅樹脂的用量比為65~75:25~35，所述有機(jī)溶劑b的用量為白色氧化鋅和室溫固化型有機(jī)硅樹脂總重量的0.5~
0.7倍；所述白色氧化鋅占面漆涂料固含量的65~75wt%。
[0019]優(yōu)選的，所述白色氧化鋅經(jīng)400°C~700°C高溫?zé)崽幚怼?br> [0020]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑a、b均選自丙酮、乙酸丁酯、二甲苯中的一種或幾種；所述有機(jī)溶劑a、b可相同或不同。
[0021]優(yōu)選的，所述室溫固化型有機(jī)硅樹脂為環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷。
[0022]優(yōu)選的，所述片狀金屬粉長(zhǎng)度為100~300 μ m。
[0023]優(yōu)選的，所述片狀金屬粉為銅粉、鋁粉、銀粉中的一種或幾種。
[0024]優(yōu)選的，所述表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑。
[0025]本發(fā)明的新型防靜電白色熱控涂層的導(dǎo)電機(jī)理為:
[0026]新型防靜電白色熱控涂層為添加型導(dǎo)電涂層，是由于在底漆樹脂基體中添加了片狀金屬粉填料，由于片狀金屬粉的含量較大，金屬粉之間交叉重疊排列在樹脂基體中(圖1)。在金屬粉填料中，原子的最外層電子(價(jià)電子)受原子的束縛較松，容易脫離原子，形成在金屬中自由移動(dòng)的電子，具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力。當(dāng)面漆涂覆在底漆上，面漆中金屬粉內(nèi)部導(dǎo)通，部分導(dǎo)電粒子能夠相互接觸而形成鏈狀導(dǎo)電通道，電阻急劇減小。由于面漆未完全覆蓋部分片狀金屬粉的尖端，在高外加電壓下，導(dǎo)電粒子間的內(nèi)部電場(chǎng)很強(qiáng)，電子將有很大的幾率飛躍樹脂界面層而躍遷到相鄰導(dǎo)電粒子上產(chǎn)生電流，形成導(dǎo)電通路。
[0027]本發(fā)明提供的新型防靜電白色熱控涂層，具有以下特性:
[0028]a)外觀:白色，涂層表面均勻、無(wú)氣泡、無(wú)裂紋、無(wú)起皮、無(wú)脫落；
[0029]b)厚度:100 μ m~140 μ m ；(其中，底漆層厚度為50~80 μ m,面漆層厚度為40~60 μ m)[0030]c)太陽(yáng)吸收比:0.24~0.29 ;
[0031]d)半球發(fā)射率:0.85~0.91 ;
[0032]e)熱循環(huán)試驗(yàn):涂層滿足-100~+100°C 100次高低溫?zé)嵫h(huán)試驗(yàn)后，無(wú)開裂、剝落、起泡和變色現(xiàn)象、光學(xué)性能穩(wěn)定、附著力良好；
[0033]f)真空放氣性能:均滿足TML < I %，CVCM < 0.1% ；
[0034]g)導(dǎo)電性能:P V ≤ IO7 Ω.m。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的新型防靜電白色熱控涂層在保證涂層具有良好熱控性能(太陽(yáng)吸收比、半球發(fā)射率)的基礎(chǔ)上，具有較好的涂層導(dǎo)電性能，并且涂層可以室溫固化，避免了涂層烘烤固化過(guò)程中對(duì)航天器產(chǎn)品的影響，同時(shí)涂層施工簡(jiǎn)單、易學(xué)，具有較強(qiáng)的可實(shí)施性，并且經(jīng)受-100~+100°C 100次溫度沖擊試驗(yàn)后附著力良好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0037]圖1為新型防靜電白色熱控涂層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為新型防靜電白色熱控涂層外觀圖，其中(a)為蜂窩結(jié)構(gòu)表面涂層外觀圖，(b)為碳纖維基材表面涂層外觀圖；
[0039]圖3(a)和(b)為不同放大倍率下的片狀金屬粉填料的掃描電子顯微(SEM)圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0041]實(shí)施例1
[0042]本實(shí)施例的新型防靜電白色熱控涂層如圖1所示，涂層由里至外包括表面處理劑層、底漆層和面漆層；所述底漆層、面漆層均以室溫固化型有機(jī)硅樹脂為基體樹脂；所述底漆層中交叉重疊排列若干片狀金屬粉，部分片狀金屬粉的一端延伸至面漆層；所述面漆層內(nèi)還分布有白色氧化鋅。
[0043]本實(shí)施例的新型防靜電白色熱控涂層的具體制備方法包括如下步驟:
[0044]I)底漆涂料配置:在環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷中，加入片狀金屬粉，混合攪拌，加入二甲苯，混合，超聲攪拌均勻；按質(zhì)量百分比:在底漆中片狀金屬混合粉(銅粉:銀粉=3:1，長(zhǎng)度為200~300 μ m)占涂料固含量的7Iwt %，環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷占涂料總量的29wt %，二甲苯稀釋劑按其用量為片狀金屬混合粉填料和環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷總重量的0.2倍加入。
[0045]2)面漆涂料配制:在環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷中，加入白色氧化鋅，混合攪拌，加入二甲苯，混合，超聲攪拌均勻；按質(zhì)量百分比:在面漆中白色氧化鋅(經(jīng)過(guò)600°C熱處理，粒徑為0.5~2 μ m)填料占涂料固含量的70wt%，環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷占涂料總量的30wt %，二甲苯稀釋劑按其用量為白色氧化鋅填料和環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷總重量的0.6倍加入。
[0046]3)在制備涂層過(guò)程中，首先噴涂硅烷偶聯(lián)劑一在18~35°C下固化Ih —噴涂底漆—在18~35°C下固化5h —噴涂面漆一在18~35°C下固化20d。
[0047]對(duì)本實(shí)施例的新型防靜電白色熱控涂層進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試方法如下:
[0048]半球發(fā)射率測(cè)試
[0049]采用美國(guó)AZ TECHNOLOGY公司研制的TEMP2000A發(fā)射率測(cè)量?jī)x測(cè)量樣品在室溫下3~35 μ m波段的半球發(fā)射率，它的測(cè)量精度為±3%，全波段重復(fù)性為±0.5%。
[0050]太陽(yáng)吸收比測(cè)試
[0051]本試驗(yàn)采用美國(guó)珀金埃爾默(Perkin-Elmer)公司生產(chǎn)的LAMBDA950型紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)(UV / VIS / NIR Spectrophotometer)來(lái)測(cè)量防靜電白色熱控涂層的太陽(yáng)吸收比。它可測(cè)量的波長(zhǎng)范圍為200nm到2500nm，儀器的分辨率為0.lnm，帶寬≤0.05nm，雜散光≤0.00008% T，噪聲〈0.0008A，光度計(jì)重復(fù)性〈0.0001A，基線漂移<0.0002A / h，基線平直:±0.001A，穩(wěn)定性好、基線平直度高、雜散光極低。實(shí)驗(yàn)中步長(zhǎng)設(shè)為5nm,狹縫寬度設(shè)為4nm。
[0052]附著力測(cè)試
[0053]根據(jù)GJB2704A-2006《航天器熱控涂層通用規(guī)范》中附著力測(cè)試方法，用剝離強(qiáng)度為2N / cm~4N / cm的膠帶，緊貼涂層中間區(qū)域，離邊緣不小于3mm。用手拉起膠帶一端，并使膠帶與表面成90°，緩慢(約5mm / s)將膠帶拉離表面，觀察涂層有否剝落。
[0054]涂層導(dǎo)電性能測(cè)試
[0055]測(cè)試條件如下:
[0056]1)采用高阻計(jì)測(cè)量方法，高阻計(jì)測(cè)試電阻大于IOkiQ時(shí)，誤差不超過(guò)±20%;測(cè)試電阻值不大于101°Ω時(shí)，誤差不超過(guò)±10%。
[0057]2)將導(dǎo)電基材接高壓電極，將上電極做測(cè)量電極，輔助電極接地，測(cè)試涂層的體積電阻；
[0058]3)體積電阻率的計(jì)算公式為:

[0059]pv = Rr(1)
[0060]式中:P v-體積電阻率，Ω.m ;
[0061]Rv——體積電阻，Ω ；
[0062]d上電極直徑，m;
[0063]t-試樣涂層厚度，m。
[0064]熱循環(huán)測(cè)試
[0065]本實(shí)驗(yàn)采用溫度沖擊箱進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如下:
[0066]I)試驗(yàn)溫度:高端溫度為100°C，低端溫度定為-100°C ；
[0067]2)循環(huán)次數(shù):100次；
[0068]3)溫控誤差:高溫±5°C,低溫±10°C ；
[0069]4)熱循環(huán)裝置應(yīng)有兩個(gè)不同溫度的恒溫區(qū)域，試樣IOs內(nèi)從一個(gè)恒溫區(qū)轉(zhuǎn)移至另一個(gè)恒溫區(qū)；[0070]5)在高溫、低溫端保溫5min，確保試片溫度和環(huán)境溫度相同；
[0071]6)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采取除濕措施，防止試片表面結(jié)霜；
[0072]熱循環(huán)試驗(yàn)后，目測(cè)檢查試驗(yàn)試樣有無(wú)開裂、剝落、起泡和變色現(xiàn)象，按
GJB2502.2-2006和GJB2502.3-2006規(guī)定測(cè)定試驗(yàn)試樣的太陽(yáng)吸收比和發(fā)射率。測(cè)試結(jié)果
如表1所示。
[0073]真空放氣性能測(cè)試
[0074]參考標(biāo)準(zhǔn)QJ1558進(jìn)行真空放氣試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如下:
[0075]I)樣品受熱溫度 125°C ±1°C或 150°C ±1°C ；
[0076]2)可凝揮發(fā)物收集溫度:25°C ；
[0077]3)測(cè)試壓力:優(yōu)于7 X KT3Pa ；
[0078]4)保溫時(shí)間:24h ；
[0079]5)樣品前期處理:23°C ±1°C，濕度 45% RH±10% RH，保持 24h ；
[0080]6)天平測(cè)試靈敏度:1 μ g。
[0081]測(cè)試計(jì)算真空中材料總質(zhì)量損失(TML)、可凝揮發(fā)物(CVCM)、水蒸氣回吸量
(WVR)，從而確定涂層的真空放氣性能；如表2所示。
`[0082]表1
[0083]
【權(quán)利要求】
1.一種新型防靜電白色熱控涂層，其特征在于，所述涂層由內(nèi)至外包括表面處理劑層、底漆層和面漆層；所述底漆層、面漆層均以室溫固化型有機(jī)硅樹脂為基體樹脂；所述底漆層中交叉重疊排列若干片狀金屬粉，部分片狀金屬粉的一端延伸至面漆層；所述面漆層內(nèi)還分布有白色氧化鋅。
2.如權(quán)利要求1所述的新型防靜電白色熱控涂層，其特征在于，所述片狀金屬粉長(zhǎng)度為100~300 μ m ;所述底漆層的厚度為50~80 μ m,所述面漆層的厚度為40~60 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的新型防靜電白色熱控涂層，其特征在于，所述片狀金屬粉為銅粉、鋁粉、銀粉中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的新型防靜電白色熱控涂層，其特征在于，所述底漆層中片狀金屬粉占底漆涂料固含量的60~75wt%。
5.如權(quán)利要求1所述的新型防靜電白色熱控涂層，其特征在于，所述白色氧化鋅的粒徑為0.5~3 μ m ;所述面漆層中白色氧化鋅占面漆涂料固含量的65~75wt%。
6.如權(quán)利要求1所述的新型防靜電白色熱控涂層，其特征在于，所述表面處理劑層采用的表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑。
7.—種如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的新型防靜電白色熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: A、底漆涂料配置:在室溫固化型有機(jī)硅樹脂中，加入片狀金屬粉，混合攪拌，加入有機(jī)溶劑a,混合,超聲攪拌均勻； B、面漆涂料配制:在室溫固化型有機(jī)硅樹脂中，加入白色氧化鋅，混合攪拌，加入有機(jī)溶劑b,混合,超聲攪拌均勻； C、涂層制備:在基體表面噴涂表面處理劑，在18~35°C下固化I~2h，噴涂所述底漆涂料，在18~35°C下固化5~10h，噴涂所述面漆涂料，在18~35°C下固化15~28d，即可制得所述新型防靜電白色熱控涂層。
8.如權(quán)利要求7所述的新型防靜電白色熱控涂層的制備方法，其特征在于，步驟A中，所述片狀金屬粉與室溫固化型有機(jī)硅樹脂的用量比為60~75:25~40，所述有機(jī)溶劑a的用量為片狀金屬粉和室溫固化型有機(jī)硅樹脂總重量的0.1~0.2倍；所述片狀金屬粉占底漆涂料固含量的60~75wt%。
9.如權(quán)利要求7所述的新型防靜電白色熱控涂層的制備方法，其特征在于，步驟B中，所述白色氧化鋅與室溫固化型有機(jī)硅樹脂的用量比為65~75:25~35，所述有機(jī)溶劑b的用量為白色氧化鋅和室溫固化型有機(jī)硅樹脂總重量的0.5~0.7倍；所述白色氧化鋅占面漆涂料固含量的65~75wt% ;所述白色氧化鋅經(jīng)400°C~700°C高溫?zé)崽幚怼?br> 10.如權(quán)利要求7所述的新型防靜電白色熱控涂層的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑a、b均選自丙酮、乙酸丁酯、二甲苯中的一種或幾種；所述有機(jī)溶劑a、b可相同或不同；所述室溫固化型有機(jī)硅樹脂為環(huán)氧改性聚甲基苯基硅氧烷。
【文檔編號(hào)】C09D5/24GK103666248SQ201310643680
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】陳硯朋, 季琨, 孫敬文, 陳志榮, 王曉占 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星裝備研究所