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、橡膠材質等有機或無機材料表面，賦予被防護結構材料耐高低溫性、密封性等原本不具備的性能。本文結合隔熱涂層常規性能指標，介紹了現有高效的隔熱涂層涂覆方式及特點，分類闡述隔熱涂層材料隔熱機理，展望了隔熱涂層材料發展趨勢，為開發研究新型隔熱提供參考涂覆方法和數據。

【關鍵詞】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，將其與底材通過機械嵌合、范德華力或化學鍵作用與其緊密結合，滿足適應要求為前提賦予隔熱效果，底材達到降低損害、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、市場交流合作的深化，無論是隔熱涂料的應用領、工藝技術還是新材料環保材料的研究都有了突破性的進展[1]。本文結合隔熱涂層常規性能指標，對現有高效的隔熱涂層涂覆工藝機理、優缺點進行總結，并按作用機理將隔熱材料進行分類，涂層材料需要在惡劣環境下對底材起到有效的保護作用，滿足使用要求的材質綜合耐受需求，通過不同的隔熱途徑，研究隔熱機理。依據現有政策要求、科學技術發展，展望了隔熱涂層材料發展趨勢，為將來更多環保、高效的新型隔熱提供理論數據。

1隔熱涂層涂覆方式及特點

隔熱涂層涂覆方式根據底材與涂層性質屬性、應用的不同而針對性選擇，目前技術應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。熱噴涂法具有適應規模廣、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勢。但也由于底材與涂層之間主要靠機械黏附力結合，導致涂層自身強度較低，此外，由于工藝限制，底材與涂層之間會留存在一定的氣孔，嚴重限制噴涂機件的其應用領域。

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、灌涂與淋涂設備，可適用噴涂無法完成的換熱器管束內壁涂料防腐蝕。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備、材質表面，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刷涂，隨著刷涂次數的增加，涂膜的耐磨性和光亮度也就愈好。

1.4 粘涂法

粘涂法主要用于機件表面損傷及缺陷的修復，粘涂技術將圖層材料與膠粘劑進行復合后才能試驗，涂覆工藝較其它方法稍稍復雜。

2 隔熱涂層材料分類與發展趨勢

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熱系數低，還要求無毒無味、環保耐候，因此，隔熱涂層可由氧化物、碳化物或合金制成。根據根據隔熱作用機理依據，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熱系數屏蔽熱量之間的交換。該種涂料成膜后，干涂膜的密度很低，孔隙又布滿涂膜結構層中，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化為特定波長的頻率發射出去，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，這變表現出一定的隔熱效果。

2.2 隔熱涂層參數指標

隔熱涂層各項指標參照JG/T235-2014《建筑反射隔熱保溫涂料》[5]，總結隔熱涂層參數指標及方法如表1。

2.3 隔熱涂層發展趨勢

基于表1中的參數指標，隔熱涂層發展趨勢更加趨向于自身結構特性具有較高的反射率，導熱系數低的材料，更改類材料不僅可有效阻擋熱源，還能進一步阻止熱量向內部的傳遞積聚，目前已有大量實驗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，文中分列舉了現有應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，分別明晰了其應用領域及優缺點。根據隔熱機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。結合隔熱涂層常規性能指標，展望了隔熱涂層材料發展趨勢，涂層材料除考慮到自身結構特性具有較高的反射率的同時，還需要充分兼顧涂覆工藝簡便性和環保性。

參考文獻：

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

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

[3]胡艷嬌，李敏，劉宇平，等. 高強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，隋學葉，劉瑞祥，等. 航天飛機及高超飛行器用剛性隔熱材料研究進展[J]. 現代技術陶瓷，2015，36（03）：25-29.

[6]張卓，丘哲明. 復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，南陽北方向東工業有限公司，表面處理技術。